[TCP/IP 소켓 프로그래밍] 17. 입력과 출력 스트림의 완벽 분리

17-1. 프로세스(Process)와 쓰레드(Thread)

쓰레드란 무엇인가?

경량화된 프로세스 

동시 실행 가능.

프로세스와 차이점

스택, PC를 포함한 레지스터 복사본, 쓰레드 지역 보관영역을 제외한 나머지 메모리 영역을 공유.

※ fork를 통해 프로세스 복사했다면 부모와 자식 프로세스는 서로 독립적으로 작동한다.

data : 전역변수가 저장되는 공간.

heap : 동적할당을 하는 메모리 공간.

stack : 지역변수를 위해 사용하는 공간.

보다 간단한 컨텍스트 스위칭.

일부 메모리를 공유하므로 쓰레드간 통신이 편리.

(프로그래밍 하는데 부담이 될 수 있음.)

17-2. 쓰레드 생성하기

쓰레드란 무엇인가?

프로세스(LINUX) : 실행되고 있는 일의 단위

쓰레드 : 프로세스 내에서 다시 나누어지는 일의 단위. 프로세스가 존재해야 쓰레드 생성이 가능.

#include<pthread.h>

int pthread_create(pthread_t * thread, pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg);

쓰레드를 생성한다. nonblocking함수.

리턴 : 성공시 0, 실패시 이외 값.

thread : 생성된 쓰레드의 ID를 저장할 변수의 포인터.

attr : 생성하고자 하는 쓰레드의 특성. 일반적으로 NULL을 전달.

start_routine : 리턴타임이 void*이고 인자도 void*인 함수를 가리키는 포인터

arg : 쓰레드에 의해 호출되는 함수에(start_routine 포인터가 가리키는 함수) 전달하고자 하는 인자 값.

※ main쓰레드가 먼저 죽으면 자식 쓰레드는 끝까지 실행되지 않고 종료될 수 있다.

#include<pthread.h>

int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);

리턴 : 성공시 0, 실패시 이외 값.

th : 인자로 들어오는 ID의 쓰레드가 종료할 때까지 실행을 지연시킨다. blocking 함수.

thread_return : 쓰레드가 종료 시 반환하는 값에 접근할 수 있는 2차원 포인터.

임계영역과 쓰레드에 안전한 함수

임계영역 : 두 개 이상의 쓰레드에 의해서 동시에 실행되면 안 되는 영역.

쓰레드 안전한 함수(Thread safe function) : 임계영역에서 호출이 가능한 함수.

예) gethostbyname(쓰레드 불안전한 함수) vs gethostbyname_r(쓰레드 안전한 함수)

gcc -D_REENTRANT thread2.c -o thread2 -lpthread

-D_REENTRANT : #define _REENTRANT의 뜻. 쓰레드 불안전한 함수를 쓰레드 안전한 함수로 바꿔주는 매크로.

-lpthread : 기본적으로 쓰레드와 링크되어 있지 않기 때문에 링크시키기 위한 옵션.

17-3. 임계영역 & 쓰레드의 문제점

컴퓨터가 덧셈을 하는 기본 원리

※ 임시메모리 = accumulator

두 개의 쓰레드에 의한 덧셈 연산

int i = 10;    // 전역 변수

....

i+=10;

※ A Thread가 끝나기 전에 B Thread가 수행될 수 있다.

※ 3단계에서 i=30; 이 되어야 하지만 i=20;이 되어 버렸다.

17-4. 동기화(Synchronization)

임계영역 : 둘 이상의 쓰레드에 의해서 공유되는 메모리 공간에 접근하는 코드 영역.

동시에 접근 가능한 메모리(전역변수)에 접근해서 연산하는 코드 영역

동기화

1. 공유된 메모리에 둘 이상의 쓰레드가 동시 접근하는 것을 막는 행위.

2. 둘 이상의 쓰레드 실행순서를 컨트롤(control)하는 행위.

동기화 기법 : 뮤텍스, 세마포어

17-5. 뮤텍스(Mutex)

뮤텍스의 정의

Mutual Exclusion의 줄이말로 쓰레드 서로 간에 동시 접근을 허용하지 않겠다는 의미.

pthread_mutext_t 타입의 변수를 가리켜 뮤텍스라고 한다.

일종의 (화장실) 문고리에 해당.

뮤텍스의 기본 원리

임계영역에 들어갈 때 뮤텍스(문고리)를 잠그고 들어간다.

임계영역에서 나올 때 뮤텍스를 풀고 나간다.

뮤텍스를 조작하는 함수들

#include<pthread.h>

초기화 : pthread_mutex_init

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);

뮤텍스 소멸 : pthread_mutex_destroy

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

뮤텍스 잠금 : pthread_mutex_lock

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

뮤텍스 풀기 : pthrea_mutex_unlock

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

뮤텍스 동기화 원리

17-6. 세마포어(Semaphore)

세마포어의 정의

sem_t 타입의 변수를 가리켜 흔히 세마포어라 표현한다.

세마포어의 기본 원리

세마포어는 정수를 지닌다. 정수의 값이 0이면 실행 불가를 의미한다.

세마포어가 1이상이 되면 실행 가능을 의미한다.

세마포어는 0미만이 될 수 없지만 1이상은 될 수 있다.

바이너리 세마포어 : 0과 1의 상태만을 지닌다.

세마포어를 조작하는 함수들

#include<semaphore.h>

세마포어 초기화 : sem_init

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

value : 초기화하고자 하는 값.

세마포어 소멸 : sem_destroy

int sem_destroy(sem_t * sem);

세마포어 감소 : sem_wait

int sem_wait(sem_t * sem);

세마포어 증가 : sem_post

int sem_post(sem_t * sem);

세마포어 동기화 원리

Thread A는 새로운 데이터를 주고 Thread B는 그 데이터를 받는다.

a->b->a->b 순서가 반복된다.

17-7. 쓰레드 기반 서버 구현하기

채팅 서버의 임무 : 전체 클라이언트에게 메세지 내용을 다 보내야 되기 때문에 클라이언트 소켓을 갱신해야 한다.

pthread_mutex_lock(&mutx);

for(i=0;i<clnt_number;i++)

    write(clnt_socks[i], message, len);

pthread_mutex_unlock(&mutx);

위 소스에서 clnt_socks[i]에서 클라이언트 소켓 파일 디스크립터가 존재한다고 생각하고 write함수를 호출하지만 파일 디스크립터가 사라질 위험이 있기 때문에 mutex를 통해 잠가 놓는다.