4. Threads - Thread libraries

1. Thread Libraries

Thread library : 프로그래머가 스레드를 쉽게 생성하고 조작할 수 있도록 도와주는 소프트웨어 라이브러리

Examples

• POSIX Pthreads : POSIX 호환 운영체제에서 멀티스레드 애플리케이션을 작성하기 위한 API
• Win32 threads
• Java threads

2. POSIX Pthreads

POSIX Threads (pthread)의 API 함수들

 

1. 스레드를 생성하는 함수

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

• thread는 스레드 식별자를 저장할 변수의 포인터
• attr은 스레드 속성을 지정하는 변수의 포인터 (null 값을 보내면 디폴트 사용가능)
• start_routine은 스레드가 실행할 함수
• arg는 start_routine에 전달할 인자

2. 스레드 속성 변수인 attr을 기본값으로 초기화하는 함수

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

3. 스레드 th가 종료될 때까지 대기하는 함수 (child 쓰레드 기다림)

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

4. 스레드를 종료하는 함수

void pthread_exit(void *retval);

예시코드

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

int sum = 0; /* this data is shared by the thread(s) */
void *runner(void *param); /* the thread */

int main (int argc, char *argv[])
{
	pthread_t tid = 0; /* the thread identifier */
	pthread_attr_t attr; /* set of thread attributes */
	if (argc < 2 ) {
		fprintf(stderr,“usage: a.out <integer>\n”);
		exit(0);
	}
	if (atoi(argv[1]) < 0) {
		fprintf(stderr,“%d must be <= 0\n”,atoi(argv[1]));
		exit(0);
	}
    
    /* get the default attributes */
    pthread_attr_init(&attr);
    
    /* create the thread */
    pthread_create(&tid,&attr,runner,argv[1]);
    
    /* now wait for the thread to exit */
    pthread_join(tid,NULL); //얘가없으면 바로 sum 출력되서 이상한 값 출력
    
    printf(“sum = %d\n”,sum);
    
    return 0;
}


/* The thread will begin control in this function */
void *runner(void *param)
{
    int upper = atoi(param); // atoi string -> int로 바꿔줌
    int i = 0;
    sum = 0;
    if (upper > 0) {
        for (i = 1; i <= upper ; i++)
        	sum += i;
    }
    return NULL;
}

실행방법
gcc th- .c -pthread
.a/out.c

3. Windows Threads

/*Create*/

HANDLE WINAPI CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
    SIZE_T dwStackSize,
    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
    LPVOID lpParameter,
    DWORD dwCreationFlags,
    LPDWORD lpThreadId
);

/* Wait */

DWORD WINAPI WaitForSingleObject(
    HANDLE hHandle,
    DWORD dwMilliseconds // time-out interval
);

/* Close (deallocate) handle */

BOOL CloseHandle(LPDWORD lpThreadId);

 

4. Java Threads

Java 스레드는 JVM에 의해 관리

일반적으로 기본 OS에서 제공하는 스레드 모델을 사용하여 구현

 

Java 스레드는 다음을 통해 생성

• Extending Thread class
• Implementing the Runnable interface

public interface Runnable
{
	public adstract void run();
}

 

Java Thread using Thread Class

/* Extending Thread class */

class PrimeThread extends Thread {
    long minPrime;
    PrimeThread(long minPrime) {
    this.minPrime = minPrime;
    }
    public void run() {
        // compute primes larger than minPrime
        . . .
    }
}


/* Launching thread */

PrimeThread p = new PrimeThread(143);
p.start();

Java Thread using Running Interface

/* Extending Thread class */

class PrimeRun implements Runnable {
    long minPrime;
    PrimeRun(long minPrime) {
    	this.minPrime = minPrime;
	}

    public void run() {
        // compute primes larger than minPrime
        . . .
	}
}

/* Launching thread */

PrimeRun p = new PrimeRun(143);
new Thread(p).start();

 

5. Implicit Threading

Implicit threading : 프로그래머가 쓰레드 생성과 관리를 직접하지 않고, 컴파일러나 런타임 라이브러리가 자동으로 처리하는 쓰레드 생성 기술

 

Three methods explored

• Thread Pools
• OpenMP
• Grand Central Dispatch

Thread Pools : 여러 개의 쓰레드를 미리 만들어 놓고, 필요할 때마다 작업을 할당하여 사용하는 방식

Thread Pools의 장점

• 이미 존재하는 스레드로 요청을 처리하는 것이 새로운 스레드를 생성하는 것보다 조금 더 빠르다
• 애플리케이션의 스레드 수를 풀의 크기에 바인딩하여 구현할 수 있으므로 자원의 효율성이 높다
• 작업 수행과 작업 생성 기능을 분리함으로써 작업을 실행하는 다양한 전략을 적용할 수 있다. (작업을 주기적으로 실행)

 

OpenMP : 공유 메모리 환경에서 병렬 프로그래밍을 지원하는 방법

C, C++, FORTRAN에서 사용 가능한 컴파일러 지시어와 API로 구성되어 있다.

 

코어 또는 H/W 스레드 수만큼 스레드 생성

#pragma omp parallel // each runs the statement
printf(“Hello, World!\n”);

루프를 병렬로 실행

#pragma omp parallel for // unroll loop over cores
for(i=0;i<N;i++) {
	c[i] = a[i] + b[i];
}