Window System Programming 2

25 Jul 2017

교육 일자 : 2017. 07. 17 ~ 21
교육 장소 : 삼성 멀티 캠퍼스
교육 과정 : 고급 개발자를 위한 Window System Programming

2일차

교육내용 : 스레드, TLS, 동기화
Source code : https://github.com/rlarlgns/study/tree/master/Window%20System%20Programming/Day_2

스레드

프로세스 내에 존재하는 실행 흐름
프로세스 생성 시 하나의 주 스레드( Primary Thread )가 생성 됨
스레드를 이용해 다중 작업을 수행 시 운영체제가 스레드별로 CPU를 할당한다.
같은 프로세스 내의 스레드는 주소공간, 전역변수, 코드를 공유
스레드 생성 함수 : CreateThread() - Win32, _beginThread/Ex() - C Runtime, AfxBeginThread() - MFC
주 스레드의 작업 스레드 종료 여부 조사 : GetExitCodeThread()
스레드 강제 종료 : ExitThread() - 스스로 종료, TerminateThread() - 강제 종료
스레드 중지 : SuspendThread() - 중지, ResumeThread() - 재개

멀티 스레드

스케줄링 : 다수 개의 스레드를 어떤 순서로 얼마만큼 실행할지를 결정하는 정책
우선순위( Priority ) : 스레드간의 우선순위를 정해 더 많은 CPU 시간 할당
문제점 : 공유자원 보호 문제, 무한대기, 호출순서 예측 불가, 디버깅 어려움
해결책 : 1. 작업 복사본, 2. 호출 순서, 3. 재진입 가능성
작업복사본 : 두 스레드가 동일한 자원을 접근할 때 의도치 않은 값이 나올 수 있음
호출 순서 : 스레드의 시작과 종료를 예측할 수 없기 때문에 순서가 있는 작업을 스레드로 분리해서는 안 됨, 꼭 필요하다면 뮤텍스, 세마포어, 이벤트 등을 사용
재진입 가능성 : 스레드에서 전역, 정적 변수를 사용하면 위험, TLS를 사용하여 해결
C 런타임 라이브러리 주의점 : C언어는 멀티스레드 개념이 도입되기 전의 언어이기 때문에 몇몇 전역변수와, 정적변수에서 오류가 발생할 수 있다.
해결책 : 멀티스레드 용으로 사용가능한 C라이브러리를 사용한다.

TLS( 스레드 지역 저장소 )

스레드에 개별적으로 생성되는 지역 저장소, 스레드가 만들어 질 때 시스템에서 개별적으로 LPVOID형 배열을 할당
정적 TLS : __declspec( thread )
동적 TLS : TlsAlloc(), TlsFree()
TlsAlloc() : TLS에 남아있는 여유 슬롯의 인덱스를 리턴, 할당된 인덱스의 슬롯을 0으로 리셋, 리셋 값은 다른 스레드도 참조하기 위해서 전역으로 따로 저장함
TlsSetValue(), TlsGetValue() : TLS에 값을 저장하거나 읽을 때 사용
TlsFree() : 인덱스 사용 후 반납

동기화

멀티스레드 프로그래밍의 경우 경쟁상태( Race Condition )이나 교착상태( Deadlock )에 빠지기 쉽다.
동기화는 스레드 간에 실행순서와 통신을 제어하기 위한 기술이다.
유저 모드의 동기화 – 크리티컬 섹션
크리티컬 섹션은 임계영역을 만들어서 동기화, 운영체제에서 지원하며 속도가 빠름 단, 동일한 프로세스 내에서만 동기화 가능
신호화 비신호 상태를 가지는 동기화에 사용되는 커널 객체를 동기화 객체라고 한다.
동기화 객체를 통해 프로세스들 사이의 동기화가 가능
대기함수란 스레드의 신호여부에 따라 스레드를 대기, 재개 시키는 함수이다.
WaitForSingleObject(), WaitForMultipleObjects() - 커널 모드 동기화
커널 모드 동기화 객체 – 뮤텍스, 세마포어, 이벤트
뮤텍스 : 하나의 자원을 하나의 스레드만이 소유하도록 관리, 크리티컬 섹션과 비슷하나 프로세스 간에도 사용가능
뮤텍스 함수 – CreateMutex(), OpenMutex(), ReleaseMutex()
세마포어 : 여러 개의 자원을 관리하는 동기화 객체
세마포어 함수 – CreateSemaphore(), OpenSemaphore(), ReleaseSemaphore()
이벤트 : 스레드 간에 통신을 위해서 사용하는 객체로 이벤트를 감지한다. 대기함수를 사용하지 않고 임의적으로 상태 설정이 가능하다.
이벤트 함수 – SetEvent(), ResetEvent(), CreateEvent(), OpenEvent()
자동리셋, 수동리셋 이벤트 : 둘의 차이는 대기 상태 종료 후 자동으로 바뀌는지 ResetEvent를 사용해서 바꾸는지의 차이가 있다. 자동리셋의 경우 단 한번 신호를 보내며 하나의 이벤트를 하나의 스레드에 사용할 때 유용하다.

2일차 실습

실습 : BackThread

가상의 Air에서 전송받은 데이터를 가공하여 저장하는 기능을 수행하는 예제
OnTimer 함수로 100개의 데이터를 입력받고 모두 받을 경우 CalcThread를 생성하는데 발생하는 오류를 처리하며 실습
arData를 두 스레드에서 사용하면서 값이 변조되기 때문에 복사본(arCopy)를 생성
GetAddNum()에서 데이터에 일정한 규칙으로 더해주는데 지역변수으로 처리할 경우 규칙에 어긋나게 됨, 따라서 정적변수 또는 TLS를 사용하여 처리를 한다.
TLS는 다이얼로그가 생성되고 파괴될 때 할당하고 반환한다.

2일차 실습

실습 : Race

두 개의 스레드가 자원을 공유하면서 발생할 수 있는 오류를 크리티컬 섹션, 뮤텍스를 사용해 처리하는 실습이다.
각 스레드는 공유자원 X의 값에 해당하는 위치에 글씨를 출력하는데 의도하지 않은 위치에 값이 출력되는 경우가 발생한다.
공유자원을 사용하는 위치에 임계영역을 생성하거나 대기함수로 스레드를 대기시켜 해결할 수 있다.
수행을 마친 스레드는 “수행 완료” 메시지 박스를 나타내는데 스레드가 CPU의 자원을 할당받는 정도는 계속 바뀌기 때문에 실행할 때마다 결과가 다르게 나온다.

2일차 실습

실습 : SemDown

파일을 다운로드 받는 상황을 가정한 실습으로 동시에 다운로드 받는 스레드의 개수는 제어하고자 한다.
클릭 시 계속해서 스레드를 생성하며 다운로드를 수행한다. 최대 동시에 3개까지 다운로드 작업을 수행하도록 세마포어를 사용해서 제어하였다.

2일차 실습

실습 : BackEvent

자동, 수동 이벤트를 사용해서 스레드를 제어하는 실습이다.
왼쪽 버튼 클릭 이벤트는 자동 이벤트를 사용해서 하나의 스레드를 돌렸다.
오른쪽 버튼 클릭은 수동 이벤트를 사용하였고 첫 스레드에서 이벤트가 Set 될 때까지 나머지 스레드는 대기하다가 작업을 수행한다.

2일차 실습