13. Concurrency(병렬 처리)

- Concurrency는 병행 처리로 프로그래밍에서는 보통 Synchronization(동기화)에서 쓰임.

 

- 병행처리는 작업을 빠르게 하기 위해서 쓰임.

 

- 방법 :

1. Parallel Execution(병렬 처리)

2. Pipeline(생산자/소비자)

3. Client / Server

 

- 단위:

1. Process 단위 : program level

2. Thread 단위 (=Process 안에 존재하는 독립된 실행단위) : "unit" level

 

13.1

 

Concurrency는 4가지 Level에서 이뤄짐.

1. instruction level - 여러 machine

2. statement level - 여러 high-level 언어

3. program level - 여러 program

4. unit level - 여러 subprogram

 

13.1.2. 병렬처리의 categories

 

- Physical Concurrency : CPU가 여러개가 실행되는 것.

 

- Logical Concurrency : CPU 1개 안에서 여러 개 작업이 "동시에" 실행되는 것.

=> Time sharing방법으로 다음과 같음.

13.1.3. Concurrency의 사용 이유

=> 한마디로 정리하자면 "속도를 높이기 위함"이다.

 

13.2. Subprogram(=Thread=unit=함수)-Level Concurrency

 

- Process(≡Task) : 자원 할당(Memory 공간)

 

- Thread : LWP(Low Weight task)

1. 자원 : 조금 씀.

2. 생성시간 : 짧음.

3. Communication : 쉽고 빠름. (Process간의 소통보다)

 

- 여러개의 Process / Thread의 Synchronization(동기화)

 

1. Competition : 자원을 공유하기 때문에 경쟁함 -> 상호 배제(배타적 사용권을 쓸 수 있어야 함. ∴ lock/unlock쓰는 거임.)

 

2. Cooperation : 상호 도움을 주기도 해야 함.

 

ex 1) Parallel Execution(병렬 처리)

ex 2) Pipeline(생산자/소비자)

ex 3) Client / Server

 

직접적인 예시)

- 서로 다른 ATM 기기에서 같은 계좌로 동시 송금 문제

- DB나 Web에서의 트랜잭션 문제

- Producer와 Consumer 간의 소통 과정

 

-> 이런 문제들을 Race Condition(경쟁 상태)라고 함.

 

 

13.3.2. Language Design for Concurrency

- 병행 처리의 방법 중 하나로 "Library를 사용해서 그것이 대신 처리를 해주는 방법"이 있음.

 

- 대표적인 것으로 OpenMP가 있음. => C, C++, Fortran 등에서 작동을 하고 O/S 수업 때 자세히 배울 것임.

 

13.2.3. Design Issues

- 병행 처리를 언어에서 지원하려면...

1. 쓰레드를 만드는 기능을 지원해야 함. How?

2. Competition, Cooperation 등의 상태에서 Synchronization을 지원해야 함. How?

가 중요한 Issue이다.

 

13.3. Semaphores(세마포어)

: 가장 널리 쓰이는 동기화 기법. O/S때 배울 예정.

 

13.4. Monitors

: Java에서 쓰는 동기화 기법.

 

13.5. Message Passing

: Ada 언어에서 쓰는 동기화 기법. O/S때 배울 예정.

 

13.7. Java Threads

- 쓰레드 실행 메소드 = run()

 ∴ 모든 쓰레드는 run 메소드를 갖고 있어야 함.

 

- 자바 쓰레드는 LWP이다.

 

- Java에서 쓰레드를 생성하는 2가지 방법

1. 쓰레드 클래스를 상속해서 새로운 클래스 생성

MyThread extends Thread{

run() {} //overriding

}

 

2. 여러 클래스로부터 상속해서 생성

Mythread extends Stack implements Runnable{

run() {} //implements

}

 

13.7.1

- 쓰레드란 클래스는 오직 사용자가 쓰레드를 만들때만 사용하는 클래스다

- 쓰레드 클래스는 5개의 생성자와 몇개의 메소드로 구성되어 있다.

- 쓰레드 안에는 start라는 메소드가 있고, 쓰레드 생성 후 start를 해줘야 쓰레드가 실행이 됨.

- Thread 클래스 상속-> 인스턴스 생성 -> start()-> run()

 

- 여러 쓰레드가 실행되고 있으면, O/S의 스케쥴러라는 프로그램이 어떤 식으로 처리할 지 결정함.

-> Java에선 JVM이 처리함.

 

- sleep() : 쓰레드가 아무것도 안하고 정지하도록 만듦.

- join() : 쓰레드들의 작업이 끝날 때까지 main함수가 wait하도록 함. 시간을 인자로 줄 수 있음.

- run을 멈추려면 끝날 때까지 기다리거나 중간에 command를 줘서 멈출 수 있음.(Java에선 exception을 줌.)

 

- synchronized : 메소드 앞에 붙는 modifier이고 경우에 따라서는 statement 앞에 붙기도 한다. 이 modifier가 붙은 메소드들이 실행될 때 배타적으로 실행되도록 하는 역할을 함.

=> 상호 배제가 보장이 됨. Orderly Execution 방식.

 

- wait() : 대기 상태에 들어가도록 하는 메소드.

 

- notify() : 대기 중인 쓰레드 하나를 깨워주는 역할을 하는 메소드.(여러개 중 하나를 골라야하는 경우 임의로 하나 고름.)

 

- notifyAll() : 대기 중인 모든 쓰레드를 깨워주는 역할을 하는 메소드.