[Java] 멀티 스레드 모델에 대해서

들어가기 전 

이번 포스팅에서는 멀티스레드 모델에 대해 알아보겠습니다. 스레드 모델에는 일대일, 일대다, 다대다가 있습니다.

 

프로세스와 스레드의 차이점에 대해 궁금하신 분은 아래 포스팅을 보시는 것을 추천드립니다.

 

https://hoestory.tistory.com/73

[운영체제] 프로세스 & 스레드에 대하여

 

멀티스레드 모델에 대해서 설명하기 전에 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드에 대해 먼저 알아보겠습니다.

 

사용자 수준 스레드

 

사용자 수준 스레드는 JVM에서 생성하고 관리하는 스레드입니다. 그래서 애플리케이션에서만 사용가능하고 운영체제에 접근을 못합니다.

접근을 하기 위해서는 커널 수준 스레드로 전환을 해야 합니다.

이때 커널 수준 스레드로 전환하는 방법은 시스템 콜을 호출하여 사용자 수준 스레드에서 커널 수준 스레드로 전환을 합니다.

시스템 콜을 하는 메서드에는 native 키워드가 붙어있습니다.

 

사용자 수준 스레드 생성

 

public class BlogThread {
 
	public static void main(String[] args) {
		Thread userModeThread = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("사용자 수준 스레드");
			}
		});
	}
 
}

 

 

시스템 콜을 호출하기 위한 native가 붙은 메서드

• sleep
• wait
• notify
• start

스레드를 학습하면서 많이 접할 수 있는 메서드로 나열을 해놨습니다. 이외의 메서드들을 확인하고 싶으신 분은 Thread 클래스에서 확인하시면 좋을 거 같습니다.

해당 메서드를 호출을 하면 사용자 수준 스레드에서 커널 수준 스레드로 전환이 됩니다.

 

sleep

 

 

 

wait

 

 

 

notify

 

 

Start

 

 

 

 

커널 수준 스레드

커널 수준 스레드는 스레드와 관련된 모든 작업을 관리합니다. PCB, TCB에 대한 정보도 관리합니다. 커널 스레드는 OS 스케줄러에 의해서 스케줄링되고 CPU는 커널에서 생성된 스레드를 실행합니다.

 

 

지금까지 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드에 대해서 알아보았습니다. 이제부터 멀티스레드 모델 종류에 대해서 알아보겠습니다.

 

멀티스레드 모델 종류

• 일대일
• 다대일
• 다대다

 

일대일 모델

 

사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드가 일대일 매핑 되는 모델입니다. (자바에서 Native Thread가 이 모델에 해당)

 

 

• 커널이 전체 프로세스와 스레드 정보를 유지해야 하기 때문에 컨텍스트 스위칭 시 사용자모드에서 커널모드로 전환해서 스케줄링하는 등의 오버헤드가 발생합니다.
• 자원 한정으로 인해 스레드를 무한정 생성할 수 없어 대안으로 스레드 풀을 활용하기도 합니다.
• 스레드 중 한 개가 대기 상태가 되더라도 다른 스레드를 실행할 수 있습니다.
• 스레드 단위로 CPU를 할당하기 때문에 멀티 코어를 활용한 활용한 병렬 처리가 가능합니다.

 

다대일 모델

 

여러 개의 사용자 수준 스레드가 하나의 커널 수준 스레드와 매핑되는 모델입니다.(자바 초기버전의 Green Thread가 이 모델에 해당)

 

 

• 일대일 모델과 달리 커널의 개입 없이 사용자 수준 스레드끼리 컨텍스트 스위칭이 발생하기 때문에 오버헤드가 적습니다.
• 스케줄링 또는 동기화를 하려고 커널을 호출하지 않으므로 커널 영역으로 전환하는 오버헤드가 줄어듭니다.
• 커널 영역이 사용자 영역을 개별 스레드 단위가 아닌 단일 스레드의 프로세스 단위로 프로세서를 할당하기 때문에 멀티 코어를 활용한 병렬처리를 할 수 없습니다.
• 하나의 스레드가 I/O 작업이 발생하면 모든 스레드들이 Block이 발생하여 프로세스 자체를 Block 합니다.

 

다대다 모델

여러 개의 사용자 수준 스레드를 같은 수 또는 그보다 작은 수의 커널 수준 스레드를 매핑하는 모델입니다.

 

 

• 각 커널 수준 스레드가 한 개 이상의 사용자 수준 스레드와 매핑됩니다.
• 다대일, 일대일 모델의 단점을 어느 정도 해결하여 개발자는 필요한 만큼 사용자 수준 스레드를 생성할 수 있고 커널 수준 스레드가 멀티 프로세서에서 병렬로 수행할 수 있습니다.
• 사용자 수준 스레드가 I/O 시스템 콜을 발생시켰을 때 커널이 다른 스레드의 수행을 스케줄링할 수 있습니다.