멀티쓰레딩과 쓰레드(Thread)이해하기

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멀티쓰레딩은 소프트웨어의 동시 실행 능력을 향상시키는 중요한 기술입니다. 이 섹션에서는 멀티쓰레딩의 개념적인 내용을 보다 구체적으로 설명하고, 쓰레드의 동작 원리와 관련된 깊은 이해를 돕도록 하겠습니다.

멀티쓰레딩이란?

멀티쓰레딩은 하나의 애플리케이션이 여러 작업을 동시에 수행할 수 있도록 하는 기술입니다. 이는 프로그램 내에서 여러 "쓰레드"를 생성하여 각각의 작업을 병렬로 처리함으로써 달성됩니다. 쓰레드는 가장 작은 실행 단위로, 프로세스 내에서 자신만의 실행 경로를 가집니다. 그러나 메모리와 자원은 같은 프로세스 내의 다른 쓰레드와 공유합니다.

쓰레드 동작 원리

쓰레드는 운영 체제의 스케줄러에 의해 관리됩니다. 스케줄러는 쓰레드에 CPU 시간을 할당하며, 이를 통해 동시에 여러 작업을 실행하는 것처럼 보이게 합니다. 실제로는 단일 코어 CPU에서도 매우 빠르게 쓰레드 간 전환(switching)이 이루어지기 때문에 병렬 처리가 이루어지는 것처럼 보입니다. 멀티코어 혹은 멀티프로세서 시스템에서는 실제로 여러 쓰레드가 동시에 실행될 수 있습니다.

쓰레드 스케줄링

쓰레드 스케줄링은 운영 체제가 쓰레드에 CPU 시간을 어떻게 할당할지 결정하는 과정입니다. 이 과정은 다음과 같은 요소에 영향을 받습니다:

• 우선순위(Priority): 높은 우선순위를 가진 쓰레드는 더 많은 CPU 시간을 할당받을 가능성이 높습니다.
• 라운드-로빈(Round-Robin) 스케줄링: 각 쓰레드에 동일한 시간만큼 CPU를 순서대로 할당합니다.
• 우선순위 기반 스케줄링: 우선순위가 높은 쓰레드가 먼저 CPU 시간을 할당받습니다.

쓰레드 동기화

멀티쓰레딩 환경에서는 여러 쓰레드가 동시에 같은 자원에 접근할 수 있기 때문에, "경쟁 상태(race condition)"가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 쓰레드 동기화가 필요합니다. 쓰레드 동기화는 크리티컬 섹션, 뮤텍스(mutexes), 세마포어(semaphores) 및 모니터 등을 사용하여 데이터의 일관성과 정확성을 보장합니다.

예제: 기본 쓰레드 생성 및 실행

아래 예제 코드는 쓰레드의 기본적인 생성과 실행 방법을 보여줍니다:

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Thread t = new Thread(new ThreadStart(Run));
        t.Start();

        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Console.WriteLine("Main thread: Do some work.");
            Thread.Sleep(0);
        }

        t.Join();
        Console.WriteLine("Main thread: Run() method complete.");
        
        // 결과
        // Secondary thread: Running...
        // Main thread: Do some work.
        // Main thread: Do some work.
        // Main thread: Do some work.
        // Main thread: Do some work.
        // Main thread: Do some work.
        // Secondary thread: Running...
        // Secondary thread: Running...
        // Secondary thread: Running...
        // Secondary thread: Running...
        // Main thread: Run() method complete.
    }

    static void Run()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Console.WriteLine("Secondary thread: Running...");
            Thread.Sleep(0);
        }
    }
}

이 코드는 메인 쓰레드와 별도로 실행되는 하나의 쓰레드를 생성합니다. 각 쓰레드는 자신의 작업을 실행하고, Thread.Sleep(0) 호출을 통해 운영 체제에게 다른 쓰레드로 제어를 넘길 수 있는 기회를 제공합니다.

결론

멀티쓰레딩은 애플리케이션의 성능과 반응성을 크게 향상시킬 수 있는 강력한 기능입니다. 쓰레드의 생성, 실행, 동기화, 그리고 관리를 이해하고 올바르게 사용하는 것은 복잡한 멀티쓰레딩 애플리케이션을 성공적으로 개발하는 데 중요합니다. C#의 System.Threading 네임스페이스는 이러한 작업을 수행하기 위한 다양한 클래스와 메서드를 제공합니다.