2.1.1절. User Space쓰레드

쓰레드를 유지하기 위해서는 여러가지 정보를 필요로 한다. 이러한 정보는 "프로그램 코드", Data, Stack, File I/O, Signal 테이블 등 크게 5가지이다. User Space 쓰레드는 이러한 정보를 커널에서 관리하도록 하지 않고 쓰레드 라이브러리에서 직접 처리하게 된다. 또한 각 쓰레드간 협력이 가능하도록 switch 기능을 제공하는데, 커널쓰레드보다 일반적으로 빠른 switch 기능을 제공한다.

단점은 SMPs(Symmetric MultiProcessor system)의 장점들을 이용할수 없다는 것이다. 즉 dual 혹은 quad 의 cpu를 사용하고 있는 시스템이라 할지라도, User Space 쓰레드로는 진정한 멀티쓰레드 프로그래밍(:12)을 할수 없다는 것이다. 오직 하나의 CPU(:12)에서만 작동할수 있을뿐이다. 그러므로 설사 CPU가 2개 혹은 4개 있다고 하더라도, 수행속도차이는 그리 크지 않게 된다. 또한 하나의 쓰레드에서 I/O 봉쇄가 일어나게 되면 다른 모든 쓰레드까지 봉쇄되게 된다.

물론 이러한 문제들을 위한 해법역시 존재한다. I/O 봉쇄를 아예 라이브러리 차원에서 해결할수 있도록 도와주는 쓰레드 라이브러리도 있으며, I/O 작업을 비봉쇄 모드로 작업함으로써 봉쇄를 막을수도 있다. 그리고 몇몇의 SMPs 는 User Space 쓰레드로도 모든 SMP(:12) 자원을 이용할수 있도록 방법을 제공해 주기도 한다.

2.1.2절. Kernel Space 쓰레드

커널(:12)에서 직접 쓰레드를 관리하며, 커널자체에서 쓰레드 정보를 가진다. 또한 각 프로세스 간의 스케쥴역시 커널에서 맡는다. 이경우 I/O 봉쇄같은 문제는 신경쓰지 않아도 되며, 또한 SMPs 자원을 제대로 활용할수 있다는 장점을 가진다.

3.1.1절. 조건변수 생성및 초기화

조건변수는 pthread_cont_t 의 타입으로 선언되어 있다. pthread_cond_t 는 다음과 같이 선언되어 있다.

typedef struct
{
    struct _pthread_fastlock __c_lock;  // 구조체의 잠금을 위해서 사용된다.
    _pthread_descr __c_waiting;         // 쓰레드는 이 값의 상태변화를 기다린다. 
} pthread_cond_t 
				

pthread_cond_t       thread_con1 =   PTHREAD_COND_INITIALIZER;
				

3.1.2절. 조건변수에 신호 보내기

우리는 조건변수(:12)에 신호를 보냄으로써, 조건변수를 (신호를)기다리는 다른 쓰레드를 깨울수 있게 된다. 보통은 이러한 신호를 보내서 깨우고자 하는 쓰레드가 하나일수도 있지만, 동시에 여러개의 쓰레드를 깨워야할 필요도 있을것이다. 다음은 이러한 시그널을 보내는 함수들이다.

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
				

성공적으로 시그널이 전달되면 0이 리턴된다.

3.1.3절. 조건변수를 통한 신호 기다리기

신호를 보내는 쓰레드가 있다면, 이 신호를 받기 위해 기다리는 쓰레드도 있어야 할것이다. 신호를 받기 위해서는 pthread_cond_wait()와 pthread_cond_timewait() 두개의 함수가 사용된다. 이두개의 함수는 신호가 전달될때까지 기다리게 된다.

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);
				

pthread_cond_wait() 와 pthread_cond_timedwait() 의 다른점은 timeout 을 기다리는지에 따라서 구별된다. pthread_cond_timedwait 는 기다림의 시간을 설정하여서 일정한 시간동안 시그널이 도착하지 않으면 ETIMEDOUT 값을 리턴한다. 반면 pthread_cond_wait 는 시그널이 도착할때까지 무한정 기다린다.

지금까지의 설명한 내용의 이해를 돕기 위해 간단한 흐름도를 그려보았다. 아래의 흐름도는 pthread_cond_wait()를 사용했을경우다.

// 뮤텍스 와 조건변수를 초기화 한다.  
pthread_mutext_t     request_lock = PTHREAD_MUTEX_INITILIZER;
pthread_cond_t       producer_cv  = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

// 임계 영역에 대한 뮤텍스 잠금을 얻는다. 
int rc;
rc = pthread_mutext(&mutext_a);
if (rc)
{
    perror("mutext lock error "); 
    phread_exit(NULL);
}

// 조건변수 producer_cv 에 대한 시그널을 기다린다.  
// wait 에 들어가기전에 mutext 는 request_lock에 대한 잠금을 
// 얻는다. 
mutext_rc1 = pthread_cond_wait(&producer_cv,&request_lock)
if
{
    // mutext 잠금이 이루어진다.  
    // 코드 실행
}

// 뮤텍스 잠금을 돌려준다. 
pthread_mutex_unlock(&request_lock);
				

다음은 pthread_cond_timedwait()를 사용했을때의 흐름도이다. pthread_cond_wait()와 비교해서 시간설정을 위한부분이 들어가고, 타임아웃이 발생했을때 처리하는 부분이 들어가는걸 빼고는 나머지 부분은 동일하다.

...
struct timeval  now;
struct timespec timeout;
int    done;
...
rc = pthread_mutext(&mutext_a);
if(rc)
{
   ...
}

// timeout 시간 설정을 위해서 사용한다. 
gettimeofday(&now);
timeout.tv_sec = noew.tv_sec + 5
timeout.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;

// timeout 시간동안 signal 을 기다린다. 
rc = pthread_cond_timedwait(&got_request, &request_mutext, &timeout);

// pthread_cond_timedwait 가 넘겨준 값을 이용해서 분기한다. 
switch(rc)
{
    // 시그널이 발생했을때.. 
    case 0:
        ...
        break;
    // timeout 동안 시그널이 발생하지 않았을경우
    case ETIMEDOUT:
        ...
        break;
    // 그밖의 경우(에러)
    default:  
        ...
        break;
}
pthread_mutext_unlock(&request_mutex);
				

3.1.4절. 조건 변수 없애기(Destory)

더이상 사용할 필요가 없는 조건변수는 없애주도록 하자. 이렇게 함으로써 시스템자원(:12)의 낭비를 막을수 있다. 조건변수를 없애기 위해서는 pthread_cond_destroy() 함수를 이용한다. 조견변수를 없애기 전에 조건변수를 사용하는 쓰레드가 없음을 확인해야 한다.

// 조건변수 got_request 를 삭제한다. 리턴값이 EBUSY일경우는 
// 아직 사용하는 쓰레드가 있으서 조건변수 삭제에 실패했을경우이다. 
int rc = pthread_cond_destory(&got_request);
if (rc == EBUSY)
{
    ....
}
				

4.2.1절. Thread-Specific Data 의 개념

이러한 문제의 해결을 위해 등장한것이, Thread-Specific Data (이하 TSD)이다. 같은 전역변수가 서로 다른 메모리 영역을 가르키게 하는 방법을 사용하는데, 다른 메모리 영역의 주소를 가리키는 각각의 다른 key 를 사용함으로써, 쓰레드간 개별적인 전역변수를 엑세스하게끔 만들어준다.

이것은 간단한 데이타베이스 형태인 key-value 관계로 나타낼수 있는데, 각각의 key 에 이름을 부여하고 이 key 가 value 를 가리킨다. 이 value 는 메모리 영역이 될것이다.

+-----------------------------------+
| Process                           |
|                                   |
|     Global_data                   |
|     +-------+-------+-------+     |
|     | data1 | data2 | data3 |     |
|     +-------+-------+-------+     |
|     ^       ^       ^             |
|     |       |       |             |
|     |       |       |             |
|    key1    key2    key3           |
|     |       |       |             |
|   +---+   +---+   +---+           |
|   |   |   |   |   |   |           |
|   | A |   | B |   | C |           |
|   +---+   +---+   +---+           |
+-----------------------------------+
				

4.2.2절. TSD 블럭의 할당(생성)

pthread_key_create() 함수를 이용해서 모든 쓰레드에서 효력을 가지는 새로운 key를 할당받을수 있다. 최초에 key 를 만들게 되면 이 key 는 기본적으로 NULL을 가르키게 된다. 나중에 쓰레드는 이 key 값을 변경하게 됨으로써 자신이 원하는 메모리 영역을 참조할수 있게 된다. 다음은 이 함수가 어떻게 사용되는지에 대한 간단한 예이다. pthread_key_t 는 unsigned int 형이다.

int rc;
pthread_key_t list_key;

// clean_list 는 사용자 정의 함수로, 나중에 데이타가 필요없을때 
// 데이타를 제거(free) 하기 위해서 필요한 함수이다. 
extern void* clean_list(void*); 

// key 를 생성하며 데이타 제거를 위한 함수를 지정해준다. 
// cleanup_list 함수는 NULL 로 지정될수도 있으며, 
// 이경우 나중에 key 를 삭제하더라도 데이터가 제거되지는 않는다. 
rc=pthread_key_create(&list_key, cleanup_list);
				

4.2.3절. TSD 블럭 에 대한 Access

key 를 만들었다면 이제 value 에 엑세스를 해야 한다. 엑세스를 위해서 pthread_getspecific()와 pthread_setspecific()두개의 함수가 제공된다. 첫번째 함수는 key 에 대한 value를 가져오기 위해서 사용되며, 두번째 함수는 key 에 value 를 세팅하기 위해서 사용된다. value 는 (void *)형으로 원하는 어떤 데이타라도 넘길수 있도록 되어있다. 다음은 간단한 사용 예이다.

    
phtread_key_t a_key;
int rc;

int *p_num = (int *)malloc(sizeof(int));
(*p_num) = 4;

rc = pthread_setspecific(a_key, (void *)p_num);
...
// 만약 a_key 에 대해서 p_num 값을 가져오고 싶다면
{
   int *p_keyval = (int *)pthread_getspecific(a_key);

   if (p_keyval != NULL)
   {
      printf("value of 'a_key' is: %d\n", *p_keyval);
   }
}
				

4.2.4절. TSD 블럭 삭제

더이상 사용할 필요가 없는 TSD 블럭은 pthread_key_delete()를 이용해서 삭제한다. 주의 할것은 이것은 key 를 삭제하는 것이지 실제 데이타의 메모리를 삭제하지는 않는다는 것이다. 데이타 메모리의 삭제는 pthread_key_create() 로 key 를 만들때 지정한 데이타 삭제 함수가 이용된다. 만약 데이타 삭제 함수가 NULL 이였다면 데이타 삭제는 일어나지 않을것이다.

int rc = pthread_key_delete(key);