multi 시리즈 (multi-processing, multi-threading, multi-programming)

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멀티 프로세싱 (multi-processing)

  • 두 개 이상의 프로세서(cpu)가 협력적으로 작업을 동시에 처리하는 것

  • 각 프로세서가 하나의 작업만이 아니라 다수의 작업을 처리한다

  • 하나의 작업은 다수의 프로세서에 의해서 처리된다

  • 장점

    • 여러 프로세스가 동일한 데이터를 사용한다면 이런 데이터를 하나의 디스크에 두고 모든 프로세서가 공유하도록 하면 비용적으로 저렴해진다
    • 하나의 작업을 한 프로세서만 처리한다면 해당 프로세서가 고장났을 때 작업은 정지된다
    • 멀티프로세서는 하나의 프로세서가 고장나도 느려질 뿐 작업이 멈추지 않는다

멀티 프로그래밍 (multi-programming) -자원의 낭비 최소화

  • 특정 프로세스 a에 대해 프로세서가 작업 처리시 낭비되는 시간동안 다른 프로세스를 처리하는 것이다 (ex. SMT)

멀티 태스킹 (multi-tasking) - 정해진 시간동안 번갈아 가며 여러 작업 처리

  • 다수의 task(작업)을 운영체제 스케줄링에 의해 번갈아가며 수행하는 것이다
  • 시분할 시스템이 있다
  • 프로세서가 각각의 task를 조금씩 자주 번갈아가며 처리하기 때문에 사용자는 마치 동시에 여러 task가 수행되는 것처럼 보게 된다

멀티 쓰레딩 (multi-threading) - 하나의 프로그램에서 병렬 처리

  • 하나의 프로세스 내 여러 스레드가 존재한다
  • 다수의 쓰레드는 하나의 데이터 자원을 공유한다
  • 메모리 효율성을 높일 수 있다
  • 운영체제가 소프트웨어적으로 운영하는 기법

CPU 멀티 쓰레딩

  • 하드웨어적인 방법으로 하나의 CPU에서 여러 쓰레드를 동시에 처리하는 병렬처리기법
  • 한 번에 하나씩 처리해야하는 쓰레드를 파이프라인 기법으로 동시에 여러 스레드를 처리하도록 한 기법이다.

멀티 프로세스 vs 멀티 쓰레드

  1. 자원의 효율성 증대

    • 멀티 스레드로 실행하면 프로세스를 생성해 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다
    • 프로세스 간 문맥교환시 cpu 레지스터 교체 뿐만 아니라 ram과 cpu사이 캐시 메모리에 대한 데이터도 초기화되며 오버헤드가 발생한다.
    • 쓰레드는 프로세스 내 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단하고 시스템 자원 소모가 줄어든다

  2. 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축

    • 통신비용 절감:프로세스 간 통신보다 스레드간 통신 비용이 적다
    • context switching시 쓰레드는 stack 영역만 처리하기 때문에 프로세스 간 전환 속도보다 쓰레드 간 전환속도가 빠르다.

  3. 단점: 동기화 문제

    • 쓰레드 간 자원 공유는 전역 변수를 사용하므로 충돌이 발생할 수 있다
    • 한 쓰레드의 문제가 생기면 전체 프로세스에 영향을 끼치지만 프로세스는 독립적이기 때문에 한 프로세스의 문제가 다른 프로세스에 영향을 끼치지 않는다.
    • 동기화를 통해 스레드 작업 처리 순서와 공유자원에 대한 접근 컨트롤 할 수 있다
    • 싱글코어 멀티스레딩은 context switching이나 동기화 등의 이유로 인하여 스레드 생성시간이 오히려 오버헤드로 작동할 수 있다

동시 멀티 쓰레딩 (SMT - Simultaneous multi threading)

멀티 프로그래밍의 일종이다

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