[WINDOWS VIA C/C++] 07. 스레드 스케줄링, 우선순위, 선호도

https://www.hanbit.co.kr/store/books/look.php?p_code=B2974835990

제프리 리처의 Windows via C/C++(복간판)

해당 책을 읽고 학습 목적으로 간단하게 정리한 글입니다.

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개요

Windows OS는 preemptive OS이기 때문에 이를 이해하기 위해 스케줄링에 대한 이해도 필요하다.

일반적으로 Windows는 20ms정도 마다 thread를 선택하여 context switch한다.

 

Windows는 언제나 특정 Thread를 정지하고 다른 Thread를 수행할 수 있다.

이로 인해 선점형 멀티스레드 기반 운영체제 (preemptive multithreaded operating system)이라고 불린다.

또한 따라서 생성한 스레드가 어느 시점에 수행된다는 것을 보장받을 수 없다.

(+ 주어진 시간 내에 스레드를 수행시키는 것도 불가능)

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스레드의 정지와 계속 수행

Thread는 suspend count가 있다. 생성되었을 때 해당 값은 1이며 만약 CreateThread에 CREATE_SUSPENDED플래그가 전달되지 않았다면 count를 0으로 만든다.

 

만약 count가 1이라면 Thread는 스케줄 불가능 상태이다.

 

SuspendThread를 통해 thread의 suspend count를 1 증가시킬 수 있다.

ResumeThread를 통해 thread의 suspend count를 1 감소시킬 수 있다.

 

이 뜻은 suspend count가 0인 thread를 suspend thread를 3번 반복시켜 count를 3으로 만들었다면 resume thread도 3번 호출해야 정상적으로 thread가 스케줄링 된다는 것이다.

 

SuspendThread를 통해 정지된 스레드가 힙 메모리 할당 중에 정지된다면 해당 스레드가 resume되기 전까지는 다른 thread가 힙에 접근하려 할 때 정지된다.

 

따라서 Suspend 자체는 명확한 상황에서 사용해야 한다.

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프로세스의 정지와 계속 수행

윈도우에서 실행 단위는 스레드이기 때문에 프로세스를 멈춘다는 의미 자체는 없지만

프로세스를 멈춘다는 것은 프로세스 내의 모든 스레드를 정지시킨다는 의미로 사용된다.

 

하지만 윈도우는 race condition이 일어날 수 있기 때문에 프로세스의 모든 스레드를 정지시키는 방법을 제공하지 않는다.

 

CreateToolhelp32Snapshot을 사용해 특정 시점의 thread 목록을 받아 각각 정지시키는 코드를 만들 수는 있다.

다만 해당 함수가 실행되는 도중 스레드는 새로 만들어지거나 없어질 수 있다는 것을 주의해야 한다.

 

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슬리핑

Thread는 Sleep함수를 통해 특정 시간(ms)동안 스케줄하지 않도록 커널에 요청할 수 있다.

 

시간 인자에 INFINITE를 전달할 수도 있다.(영원히 스케줄링 되지않기 때문에 실제로 사용될 일이 없다.)

 

시간 인자에 0을 전달한다면 해당 시점에서 남은 타임 슬라이스를 포기하고 다른 스레드가 스케줄링 될 수 있도록 한다. (priority에 따라 본인이 다시 스케줄링 될 수 있다.)

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다른 스레드로의 전환

SwitchToThread함수를 통해 Thread전환이 가능하다.

이 때 Sleep과는 다르게 CPU 시간을 받지 못해 수행되지 못했던 스레드가 대상이므로, 함수를 호출한 thread보다 낮은 priority를 가진 스레드의 실행도 가능하다.

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스레드 수행 시간

시간 측정을 위한 함수들이 있지만 Thread의 정확한 수행시간을 측정하기는 어렵다.

GetThreadTimes를 사용하면 Thread의 생성, 종료, 커널, 유저 시간을 획득할 수 있다.

https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/api/processthreadsapi/nf-processthreadsapi-getthreadtimes

GetThreadTimes 함수(processthreadsapi.h) - Win32 apps

 

프로세서의 주파수 등의 이유로 시간은 다르게 측정될 수도 있다.

https://basaeng.tistory.com/28

컴퓨터의 시간측정

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컨텍스트 내의 CONTEXT 구조체

스레드 스케줄링은 이름이 context switching인 것 처럼 context가 중요하다.

 

https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/api/winnt/ns-winnt-context

CONTEXT(winnt.h) - Win32 apps

 

GetThreadContext를 호출하면 특정 컨텍스트 정보 값을 가져올 수 있다.

다만 실행중에 가져오면 측정 값과 실제 상태가 다를 수 있기 때문에 SuspendThread 이후 호출하는 것이 권장된다.

물론 정지되는 스레드(얻으려는 정보를 가진 스레드)와 컨텍스트 정보를 확인하는 스레드는 다르다.

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스레드 우선순위

스레드 스케줄링은 priority 기반으로 된다.

prioity는 0에서 31 번호를 가진다 숫자가 커질 수록(31에 가까울 수록) 높은 우선순위이다. 

 

우선순위가 높은 스레드들이 계속해서 존재한다면 상대적으로 우선순위가 낮은 스레드는 starvation상태에 놓일 수 있다.

다만 대부분의 스레드들은 스케줄 불가능 상태를 유지하며 starvation을 방지하기 위한 몇가지 알고리즘이 있다.

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우선순위의 추상적인 의미

MS 개발자들은 추후에 발전될 스케줄링 알고리즘을 위해 추상적인 API를 제공했다.

 

개발자가 설정 가능한 프로세스, 스레드 우선순위 클래스이다. 

https://learn.microsoft.com/ko-kr/windows/win32/procthread/scheduling-priorities

일정 우선 순위 - Win32 apps

거의 모든 프로세스는 Normal상태에서 실행된다.

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선호도

선호도는 특정 프로그램이 어떤 CPU에서 더 수행될 가능성이 높은 것을 말한다.

일반적으로 윈도우는 소프트 선호도(affinity)를 사용한다.

 

다른 조건이 같다면 최근 수행한 CPU에서 수행하는 것이다.

캐시 등의 리소스를 재사용할 수 있기 때문에 유용하다.

 

SetProcessAffinityMask를 사용하면 특정 프로세스의 선호도를 지정해 일부 CPU에서만 프로그램이 수행되도록 할 수 있다.

 

GetProcessAffinityMask를 통해 선호도 마스크 값을 얻을 수도 있다.

 

선호도 값은 상속되어 차일드 프로세스에게 전이될 수 있다.

작업 관리자에서 프로세서 선호도를 지정할 수도 있다.

 

NUMA(Non-Uniform Memory Access)구조에서는 각 보드마다 CPU set과 메모리가 존재한다.

하나의 보드 내의 CPU를 통해서만 접근한다면 성능적으로 이점을 볼 수 있기 때문에 이 때 선호도를 사용해볼 수 있다.

출처:https://en.wikipedia.org/wiki/Non-uniform_memory_access