Mumu-Kim

스레드 풀(Thread Pool)

1. 스레드 풀이란 미리 생성된 여러 개의 작업자 스레드를 관리하는 소프트웨어 디자인 패턴다수의 작은 태스크를 효율적으로 처리하기 위해 사용된다. 특징:  - 성능 향상 : 스레드 생성 및 소멸 비용을 줄인다.  - 리소스 관리 : 동시에 실행되는 스레드 수를 제한하여 시스템 리소스를 효율적으로 사용한다.  - 안정성 : 과도한 스레드 생성으로 인한 시스템 부하를 방지한다.  - 재사용성 : 스레드를 재사용하여 효율성을 높인다. 2. 스레드 풀 구현 구현 순서:1) 작업 큐 생성2) 스레드 풀 생성3) 작업 제출 메커니즘 구현4) 결과 반환 메커니즘 구현 ex)#include #include #include #include #include #include using namespace std;class T..

고급 동기화 기법

1. 세마포어(Semaphore)동시에 리소스에 접근할 수 있는 스레드의 수를 제한하는 동기화 기법 특징:  - 사용 가능한 리소스의 수를 나타내는 정수 값을 가짐  - P(획득) 연산과 V(해제) 연산을 제공  - 카운팅 세마포어와 이진 세마포어로 구분됨 (C++20 이후)  1.1. 카운팅 세마포어 vs 이진 세마포어 값의 범위:  - 카운팅 세마포어: 0 이상의 정수 값을 가질 수 있음  - 이진 세마포어: 0 또는 1의 두 가지 값만 가질 수 있음 용도:  - 카운팅 세마포어: 여러 개의 리소스를 관리할 때 사용   - 이진 세마포어: 하나의 리소스에 대한 접근을 제어할 때 사용되어 뮤텍스와 유사하게 사용 가능 동작 방식:   -  카운팅 세마포어: 여러 프로세스가 동시에 리소스에 접근 가능   ..

Condition Variable

1. Condition Variable이란멀티스레딩 환경에서 스레드 간 시그널링 메커니즘을 제공하는 동기화 도구이다. 주로 특정 조건이 만족될 때까지 스레드를 대기시키고, 조건이 만족되면 대기 중인 스레드에게 알림을 보내는 데 사용된다. 특징:- 스레드 간 통신을 가능하게 함- 대기(wait)와 통지(notify) 작업을 지원- 일반적으로 뮤텍스(mutex)와 함께 사용  2. 사용법Condition Variable은 race condition을 방지하고 안전한 상태 검사를 보장하기 위해 항상 Mutex와 함께 사용된다. 사용 예시:1) Mutex를 잠근다.2) 조건을 검사한다.3) 조건이 만족되지 않으면 Condition Variable의 wait을 호출한다.4) 조건이 만족되면 작업을 수행한다.5) ..

C++ 비동기 프로그래밍

1. std::future와 std::promiseC++11에서 도입된 비동기 프로그래밍을 위한 도구 std::future : 비동기 작업의 결과를 나타내는 객체. 미래의 어느 시점에 값이 설정될 것임을 나타낸다.std::promise : future에 값을 설정하는 쓰기 가능한 끝점 이 둘은 서로 쌍을 이루어 동작하며, 다른 스레드에서 실행되는 작업의 결과를 안전하게 전달할 수 있게 한다. ex)#include #include #include using namespace std;void SetValue(promise& p) { this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2)); p.set_value(10);}int main() { promise p; fu..

스핀락(Spinlock)

1. 스핀락이란동기화 메커니즘의 한 종류로, 바쁜 대기(Busy waiting) 방식을 사용한다. lock을 획득하려는 스레드가 lock이 해제될 때까지 계속해서 lock의 상태를 확인한다. 이 과정에서 CPU 사이클을 소비하며 "spin"(회전)한다고 표현한다.일반적으로 atomic 변수를 사용하여 구현한다.  2. 스핀락 vs 일반 Lock스핀락:   - 짧은 임계 영역, 컨텍스트 스위칭 비용이 큰 경우  - CPU 사용률이 높지만, 대기 시간이 짧음  일반 Lock:   - 긴 임계 영역, 대기 시간이 길 수 있는 경우  - CPU 사용률이 낮지만, 컨텍스트 스위칭으로 인한 오버헤드 발생  3. 스핀락 사용 시나리오lock을 획득할때까지 계속해서 lock의 상태를 확인하기 때문에 빠른 연산이나 짧은..

데드락(Deadlock)

1. 데드락이란두 개 이상의 스레드가 서로가 보유한 자원을 기다리며 무한히 대기하는 상태데드락이 발생하기 위해서는 다음 네 가지 조건이 동시에 충족되어야 한다. 1) 상호 배제(Mutual Exclusion): 최소한 하나의 자원이 독점적으로 사용되어야 함2) 점유와 대기(Hold and Wait): 스레드가 최소 하나의 자원을 보유한 채 다른 스레드에 할당된 자원을 추가로 요청해야 함3) 비선점(No Preemption): 자원을 강제로 빼앗을 수 없어야 함4) 순환 대기(Circular Wait): 스레드 간에 순환적인 형태로 자원을 기다리는 관계가 형성되어야 함 예를 들어, 스레드 t1이 자원 X를 보유하고 자원 Y를 기다리는 동시에, 스레드 t2가 자원 Y를 보유하고 자원 X를 기다리는 상황이 데..

동기화 기법: Mutex

1. Mutex란Mutex(Mutual Exclusion)는 여러 스레드가 공유 리소스에 동시에 접근하는 것을 방지하는 동기화 기법이다. Mutex를 사용하면 한 번에 하나의 스레드만 임계 영역에 진입할 수 있다. 특징:1) 상호 배제: 한 스레드가 뮤텍스를 소유하고 있으면 다른 스레드는 대기해야 함2) 소유권: 뮤텍스를 획득한 스레드만 해제할 수 있음3) 임계 영역 보호: 공유 리소스에 대한 동시 접근을 막아 데이터 일관성 유지  2. Mutex 사용법C++11부터 헤더를 통해 mutex 클래스를 제공한다. ex)#include #include #include std::mutex mtx;int num = 0;void Increment() { for (int i = 0; i   RAII(Resou..

동기화 기법: Lock

1. Lock이란멀티스레딩 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 제어하는 동기화 메커니즘Lock의 주요 목적은 여러 스레드가 동시에 같은 자원에 접근하는 것을 방지하여 데이터의 일관성을 유지하는 것이다. 주요 Lock 종류: 1) 상호 배제 Lock (Mutual Exclusion Lock)   - 가장 기본적인 형태의 Lock   - 한 번에 하나의 스레드만 임계 영역에 진입 가능 2) 읽기-쓰기 Lock (Read-Write Lock)   - 읽기 작업과 쓰기 작업을 구분   - 여러 스레드가 동시에 읽기 가능, 쓰기는 독점적으로 수행 3) 재진입 가능 Lock (Reentrant Lock)   - 같은 스레드가 이미 획득한 Lock을 다시 획득 가능   - 재귀적 알고리즘이나 중첩된 메서드 호출에서 유..

동기화 기법: Atomic 연산

1. Atomic 연산중간 상태 없이 한 번에 완전히 수행되는 연산다른 스레드가 연산 중간에 끼어들 수 없음을 보장한다. 특징:  - 불가분성 (Indivisibility): 연산이 완전히 수행되거나 전혀 수행되지 않음  - 일관성 (Consistency): 다른 스레드에서 중간 상태를 관찰할 수 없음  - 순서성 (Ordering): 메모리 순서 (Memory Ordering) 보장  2. Atomic 변수 사용법C++11부터 헤더를 통해 atomic 타입을 제공한다. ex)#include #include #include std::atomic num(0);void Increment() { for (int i = 0; i   주요 atomic 연산: store() 값 저장 load() 값 로..

메모리 구조와 멀티스레딩

1. 메모리 계층 구조1.1. 캐시 메모리 (L1, L2, L3 캐시)L1 캐시:   - CPU 코어에 가장 가까운 캐시  - 보통 32KB ~ 64KB 크기  - 접근 속도: ~4 사이클  - 일반적으로 명령어 캐시와 데이터 캐시로 분리됨 L2 캐시:  - L1보다 크고 느림  - 보통 256KB ~ 512KB 크기  - 접근 속도: ~10 사이클  - 대부분의 경우 코어별로 독립적 L3 캐시:  - 가장 큰 온칩 캐시  - 보통 수 MB ~ 수십 MB 크기  - 접근 속도: ~40 사이클  - 일반적으로 모든 코어가 공유 캐시의 역할:1) 자주 사용되는 데이터를 빠르게 접근할 수 있는 위치에 저장2) 메모리 접근 지연 시간 감소3) 메모리 대역폭 병목 현상 완화  멀티스레딩에서의 주의점:  - 캐시 ..

데이터 동기화 기초

1. 경쟁 상태 (Race condition)경쟁 상태는 둘 이상의 스레드가 공유 데이터에 동시에 접근하여 예측할 수 없는 결과를 초래하는 상황을 말한다. ex)#include #include int num = 0;void Increment() { for (int i = 0; i  위 예시에서 `num`은 race condition의 대상이 된다.두 스레드가 동시에 이 변수를 증가시키려고 하면, 일부 연산이 손실될 수 있다.  2. 임계 영역(Critical Section)임계 영역은 여러 스레드가 동시에 접근해서는 안 되는 공유 자원을 접근하는 코드 영역을 말한다.임계 영역에 대한 접근은 상호 배제(mutual exclusion)를 통해 동기화되어야 한다. 임계 영역의 특성 :- 한 번에 하나의 ..

스레드 생성과 관리

1. 스레드 생성 방법C++에서 스레드를 생성하는 방법 1) std::thread 클래스 사용:#include #include void ThreadFunction() { std::cout 2) 람다 함수 사용:#include #include int main() { std::thread t([](){ std::cout   3) 함수 객체(Functor) 사용:#include #include class ThreadFunctor {public: void operator()() { std::cout   2. 스레드 생명주기1) 생성(Created): std::thread 객체가 생성되면 새로운 스레드가 시작됨2) 실행 가능(Runnable): 스레드가 실행될 준비가 되었지만, ..

멀티스레딩 기초

1. 프로세스와 스레드 프로세스 (Process)실행 중인 프로그램의 인스턴스특징:  - 독립된 메모리 공간  - 운영체제로부터 자원을 할당받음  - 최소 하나의 스레드(메인 스레드) 포함  - 독립적인 메모리 공간을 가짐(코드, 데이터, 힙, 스택)  스레드 (Thread)프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위 특징:  - 같은 프로세스 내의 스레드들은 메모리 공간을 공유  - 빠른 생성과 컨텍스트 스위칭  - 병렬 처리 가능  - 스택만 독립적으로 갖고 나머지는 프로세스 내에서 공유  2. 멀티스레딩의 장단점 장점1) 성능 향상: 여러 작업을 동시에 처리하기 때문에 프로그램의 실행 속도가 빨라짐2) 응답성 향상: 한 스레드의 작업이 길어져도 프로그램이 계속 실행되기 때문에 사용자의 응답성이 증가3) 자..

개요

그동안 공부했던 멀티스레딩 관련 내용을 블로그에 정리해두려고 합니다. 제가 서버 공부를 C++로 해서 여기서 다룰 모든 예시는 C++ 기반입니다. 목차 1. 멀티스레딩 기초 2. 스레드 생성과 관리  3. 데이터 동기화 기초  4. 메모리 구조와 멀티스레딩 5. 동기화 기법: Atomic 연산 6. 동기화 기법: Lock 7. 동기화 기법: Mutex 8. 데드락(Deadlock) 9. 스핀락(Spinlock) 10. Condition Variable 11. 고급 동기화 기법 12. 스레드 풀(Thread Pool)  독학중이라 틀린 내용이 있을 수도 있고 부족한 내용이 있을수도 있습니다. 댓글로 남겨주시면 내용에 반영하겠습니다.