Concurrent Programming
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개요
컴퓨터 공학에서, 동시성(concurrent)이란 control flow들이 시간상으로 겹치는 것을 의미한다. 이는 컴퓨터 시스텀의 여러 계층에서 나타나며, OS 커널이 여러 애플리케이션을 실행하기 위해 사용하는 메커니즘 중 하나이다. 하지만 concurrent라는 개념은 애플리케이션 수준에서도 적용되어 아래와 같이 사용될 수 있다:
- 느린 I/O 장치에 접근: I/O 장치는 상대적으로 느리게 실행되며, 이에 따라 CPU는 커널이 해당 작업을 수행하는 동안 다른 프로세스를 실행한다.
- 사람과의 상호 작용: 컴퓨터를 사용하는 사람들은 동시에 여러 작업을 수행하기를 원하며, 이를 지원하기 위해 concurrent 개념이 사용된다.
- 여러 네트워크 클라이언트 처리: Iterative server는 사실상 현실적이지 않은 서버이다. 이에 따라 concurrent 개념을 사용하여 각 클라이언트에 대해 별도의 control flow를 통해 처리할 수 있어야 한다.
- 멀티코어 머신에서의 병렬 계산: 요즘 최신 시스템은 여러 CPU로 구성된 멀티코어 프로세서를 사용한다. 여러 control flow를 활용하는 애플리케이션은 멀티코어 프로세서를 통해 더욱 빠르게 실행될 수 있는데, 이는 각각의 flow들이 교대로 실행되는 것이 아니라 병렬적으로 실행되기 때문이다.
애플리케이션 수준의 동시성을 사용하는 애플리케이션을 concurrent program이라고 하며, 현대의 OS는 이를 만들기 위해 세 가지 접근 방식을 기본적으로 제공한다:
- Process-based: 각각의 control flow를 커널이 스케쥴링하고 관리하는 하나의 프로세스로 다룬다.
- 이때 프로세스는 서로 다른 가상의 주소 공간을 가지므로, 서로 통신하기 위해서는 명시적인 프로세스 간 통신(IPC) 메커니즘을 사용해야 한다.
- Event-based: 애플리케이션이 하나의 프로세스 내에서 control flow들을 명시적으로 스케쥴링하는 방식이다.
- 이때 control flow는 FSM으로 모델링되며, 파일 디스크립터에서 데이터가 도착함에 따라 메인프로그램이 상태를 전이시키며, 이를 위해서 I/O multiplexing이라는 기술을 사용한다.
- 이 방식은 하나의 프로세스로 구성되어 있기 때문에 모든 flow들이 하나의 주소 공간을 공유한다.
- Thread-based: 해당 방식에서는 커널이 단일 프로세스 내에서 실행되는 thread들을 자동으로 관리한다.
- 이 방식은 process-based 방식과 같이 커널에 의해서 스케쥴링되면서, 동시에 event-based 방식과 같이 하나의 프로세스 내에서 같은 주소 공간을 공유한다는 점에서 하이브리드 방식이라고 볼 수 있다.
