LevelThread
자바 동시성 프로그래밍 - 운영 체제 기본 지식
사용자 수준 스레드 & 커널 수준 스레드
스레드는 크게 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드로 구분한다.
사용자 수준 스레드는 사용자 프로그램에서 관리하는 스레드고, 커널 수준 스레드는 OS 에서 관리하는 스레드이다.
사용자 수준 스레드 (User Level Thread)
사용자 수준 스레드란 사용자 영역에서 스레드 라이브러리(Pthreads, Window Threads, Java Threads(JVM))에 의해 스레드의 생성과 종료, 스레드간 메시지 전달, 스레드의 스케줄링 보관 등 모든 것을 관리한다.
커널은 사용자 수준 스레드에 대해 알지 못하며 단일 스레드 프로세스인 것처럼 관리한다.
커널 수준 스레드 (Kernel Level Thread)
커널 수준 스레드란 커널이 스레드와 관련된 모든 작업을 관리한다.(PCB와 TCB 관리 및 유지)
커널은 커널 스레드의 모든 정보를 알고 있으며, 커널 스레드는 OS 스케줄러에 의해서 스케줄링 된다.
CPU는 커널에 의해 생성된 커널 스레드의 실행 만을 담당한다.
멀티 스레딩 모델
CPU는 OS 스케줄러가 예약하는 커널 스레드만 할당받아 실행시키기 때문에 사용자 수준 스레드는 커널 수준 스레드와의 매핑이 필요하다.
사용자 수준 스레드는 다대일, 일대일, 다대다 세 가지 모델로 커널 수준 스레드와 매핑하여 구현할 수 있다.
다대일 스레드 매핑
다수의 사용자 수준 스레드가 커널 수준 스레드 한개에 매핑하는 유형으로, 사용자 수준의 스레드 모델이라 볼 수 있다.
커널 개입 없이 사용자 스레드끼리의 스위칭이 발생하기 때문에 오버헤드가 적다.
스케줄링이나 동기화를 위해 커널을 호출하지 않으므로 커널 영역으로 전환하는 오버헤드가 줄어든다.
개별 스레드 단위가 아닌 단일 스레드의 프로세스 단위로 프로세스를 할당하기 때문에 멀티 코어를 활용한 병렬 처리를 할 수 없다.
한 스레드가 Block I/O 가 발생하면 모든 스레드들이 Block 이 발생하는데 이는 프로세스 자체를 Block 하기 때문이다.
자바에서 초기 버전의 Green Thread 가 이 모델에 해당한다고 볼 수 있다.
일대일 스레드 매핑
사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드가 일대일로 매핑하는 유형으로, 커널 수준의 스레드 모델이라 볼 수 있다.
커널이 전체 프로세스와 스레드 정보를 유지해야 하기 때문에 컨텍스트 스위칭 시 사용자 모드에서 커널 모드로 전환해서 스케줄링 하는 등의 오버헤드가 발생한다.
자원 한정으로 인해 스레드를 무한정으로 생성할 수 없다.(대안으로 스레드 풀을 활용하기도 한다.)
스레드 단위로 CPU를 할당하기 때문에 멀티 코어를 활용한 병렬 처리가 가능하다.
스레드 중 한 개가 대기 상태가 되더라도 다른 스레드를 실행할 수 있다. 즉, 멀티 스레드의 동시성을 활용할 수 있다.
자바에서 Native Thread 가 이 모델에 해당한다고 볼 수 있다.
다대다 스레드 매핑
여러 개의 사용자 수준 스레드를 같은 수 또는 그보다 작은 수의 커널 수준 스레드로 매핑하는 유형이다.
각 커널 수준의 스레드가 사용자 수준의 스레드 한 개 이상과 매핑된다.
다대다 모델은 다대일, 일대일 모델의 단점을 어느 정도 해결하여, 개발자는 필요한 만큼 사용자 수준 스레드를 생성할 수 있고, 커널 수준 스레드가 멀티 프로세서에서 병렬로 수행될 수 있다.
사용자 수준 스레드가 I/O 시스템 콜을 발생시켰을 때, 커널이 다른 스레드의 수행을 스케줄링 할 수 있다.
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