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  1. 2010.06.22 Welcome to Parallel C#(9) - 백지장은 맞들지 말엉.

Welcome to Parallel C#(9) - 백지장은 맞들지 말엉.

C# Parallel Programming 2010. 6. 22. 09:00 Posted by 알 수 없는 사용자
- 이건 또 무슨 신개념 속담 드립인거.

저는 늘 의문을 품어왔습니다...는 훼이크고 이번 포스트를 준비하면서 의문을 가지게 되었습니다. 분명 병렬 프로그래밍의 정신은 남아도는 코어를 활용해서 협력을 해서 작업을 좀 더 빨리 끝내자고 하는 건데요, 그런면에서 '백지장도 맞들면 낫다'는 말은 병렬 프로그래밍의 정신을 잘 표현하는 선조들의 지혜라고 볼 수 있습니다. 그런데요.... 과연 백지장같이 갓난 아기도 혼자들 수 있는 걸 같이 드는게 과연 나은 일일까요? 오히려 혼자 할 때보다 못한 결과를 가져오지는 않을까요? 오늘은 그에 대한 이야기입니다.


- LINQ도 맞들면 낫다, 어헣.

LINQ는 데이터 쿼리에 가까운 표현을 사용하면서, 데이터 쿼리시에 직관적이고 선언적인 코드를 활용할 수 있도록 해주었는데요. 거기에 이전 포스트들에서 설명드렸던 Parallel.For나 Parallel.ForEach처럼 매우 간단하게 남아도는 코어를 활용할 수 있도록 하는 방법을 제공합니다.

using System;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;

namespace Exam15
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int[] nums = Enumerable.Range(1, 10000).ToArray();

            Func<int, int> square = (num) => {
                Console.WriteLine(Task.CurrentId);
                Thread.Sleep(10);
                return num * num;
            };

            nums = nums.AsParallel()
                .Select(square)
                .ToArray();
        }
    }
}

<코드1> LINQ를 맞드는 예제.

<코드1>을 보시면, 1부터 1000까지의 숫자를 가진 배열을 생성하고, 각 수를 제곱한 수를 구하는 코드입니다. 기존의 LINQ코드와 다른 점이 있다면, 제곱 연산을 수행하기 위한 데이터 소스인 nums에 대해서 AsParallel()을 호출했다는 것입니다. <코드1>에선 AsParallel()의 리턴타입이 ParallelQuery<int>인데요, LINQ에서는 Enumerable을 사용하지만, PLINQ에서는 ParallelEnumerable을 사용합니다.

<코드1>을 보면, 정말 간단하게 병렬 프로그래밍이 구현되는데요. 정말 저렇게 간단한 방법으로 병렬 쿼리가 실행되는지 확인하기 위해서 Task.CurrentId를 통해서 실행중인 스레드의 Id를 출력하도록 했습니다. 그리고 비교적 일관성 있는 결과를 얻기 위해서 Thread.Sleep를 통해서 실행을 조금 여유롭게 해줬죠. 결과를 보실까요?

(생략)
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계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .
<결과1> LINQ를 맞든 결과.

3->1->4->2의 패턴이 반복되는 걸 확인하실 수 있습니다. 물론, 실행도중에 패턴은 바뀌기도 합니다만, 분명 AsParallel()메서드를 호출하는 것 만으로도 병렬 프로그래밍이 구현된 것이죠. 그런데, 출력되는 스레드의 아이디를 보면, 딱 4개만 생성된 걸 확인할 수 있는데요. 제 컴퓨터의 CPU가 쿼드코어라서 딱 4개만 생성된 것 같습니다. 그런데 왜 딱 4개만 생성된 걸까요? 이전에 TPL을 활용해서 작업할 때는 4개 이상의 스레드도 생성되어서 작업을 처리했는데 말이죠. 그건 PLINQ가 병렬 쿼리를 처리하는 방식에서 원인을 찾을 수 있습니다.

제가 술을 먹고 만취한 상태에서 글을 적어서 그럴까요? 아래 내용은 새빨간 거짓말 입니다!!! 낄낄낄-_-;;; 스레드가 4개만 생성된 건, PLINQ가 분할 알고리즘으로 구간 분할을 사용하기 때문에 그렇습니다. 그리고 정확한 설명은, PLINQ는 ParallelEnumerable타입 같이 병렬 쿼리를 돌려도 안전한 타입에 대해서는 주저없이 쿼리를 병렬화 해서 작업을 하지만, IEnumerable타입 같이 병렬로 쿼리를 돌릴 때, 안전하다고 보장할 수 없는 경우에는 순차적인 쿼리로(정확히 말하지만, 순차적인 쿼리가 아니라 Chunk 분할 알고리즘을 통해서 데이터 소스에 락을 걸고, 스레드가 한번에 작업할 덩어리를 떼어주는 형태로)작업을 하게 됩니다. 오해 없으시길 바랍니다! 어헣-_-;;;

PLINQ는 AsParallel()메서드로 데이터 소스에 대해서 병렬처리를 원했다고 하더라도 항상 병렬적으로 처리를 하지는 않습니다. 예를 들면, 작업이 너무나 간단해서, 병렬적으로 처리할 때 오히려 손해를 보는경우가 있습니다. 작업이 너무 간단하기 때문에 각 스레드가 처리하는 작업의 시간이 매우 짧고, 그래서 작업 처리에 걸리는 시간보다, 스레드 간의 작업전환에 더 많은 시간이 걸리는 것이죠. 그래서 PLINQ는 AsParallel()이 호출되면, 우선 쿼리를 분석합니다. 그리고 그 쿼리가 간단하다는 판단을 하면, 병렬적으로 처리하기 보다는 순차적으로 처리를 하게 되는 것이죠. <결과1>에서 스레드가 4개가 돌아간 것은, CPU의 코어가 4개 이기 때문에, 코어별로 스레드가 한 개씩 생성된 것입니다. 각 코어의 입장에서 보자면, 스레드가 한 개씩 있는 셈이므로 작업전환이 필요없겠죠. 참고로, 듀얼 코어인 제 노트북에서 실행한 결과는 아래와 같습니다.

(생략)
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계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .
<결과2> 듀얼 코어에서 맞든 LIINQ 결과.

그런가 하면, 몇 개의 스레드를 생성할 것인지 명시해 줄 수도 있는데요. <코드2>와 같이 3개의 스레드를 명시해주고 결과를 보겠습니다.

using System;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;

namespace Exam16
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int[] nums = Enumerable.Range(1, 10000).ToArray();

            Func<int, int> square = (num) =>
            {
                Console.WriteLine(Task.CurrentId);
                Thread.Sleep(10);
                return num * num;
            };

            nums = nums.AsParallel()
                .WithDegreeOfParallelism(3)               
                .Select(square)
                .ToArray();
        }
    }
}

<코드2> LINQ를 맞들 스레드의 개수를 지정하는 코드.

(생략)
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계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .
<결과3> 3개의 스레드로 맞든 LINQ 결과.

패턴은 약간 불안정할 때도 있지만, 대략 1->2->3의 순서를 유지하고 있습니다. 그런데, 왜 이렇게 스레드의 개수를 정해 줄 수도 있게 했을까요? 바로 최적화 때문입니다. 기본적으로 PLINQ의 알고리즘은 많은 경우를 테스트해서 최적화 알고리즘을 만들어 놓았기 때문에, 대부분의 경우는 기본옵션으로 실행하는 것이 가장 좋은 결과를 냅니다. 하지만, 그렇지 못한 경우가 있을 수 있는데요. 그럴 때, 테스트를 통해서 적절한 스레드 개수를 지정할 수 있도록 옵션을 둔 것이죠.

위에서 쿼리 식이 단순하면, 순차적으로 실행한다고 말씀을 드렸는데요, 쿼리 식이 병렬로 실행하기에 안전하지 못한 경우에, 순차적으로 실행하다고 말씀을 드렸는데요, 그런 경우도 병렬적으로 실행을 강제할 수 있습니다. 쿼리 식에 '.WithExecutionMode(ParallelExecutionMode.ForceParallelism)'메서드를 추가하면, 기본 알고리즘과는 상관없이 무조건 병렬적으로 실행하도록 합니다. 실행시간을 테스트한다거나 할때 유용하게 사용할 수 있는 옵션이겠죠.


- LINQ 맞들기 취소는 어떠케?

이번에는 PLINQ 쿼리를 취소하는 방법에 대해서 알아보겠습니다. 지금까지 취소에는 CancellationTokenSource를 활용했었죠? 마찬가지 입니다. 똑같이 Token을 활용해서 취소에 사용하되, 사용하는 방법이 조금씩 다른 것 뿐이지요.

using System;
using System.Linq;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace Exam17
{
    class Program
    {
        public static int[] SimpleParallelTask(int[] source,
            CancellationToken token)
        {
            Func<int, int> square = (num) =>
            {
                Console.WriteLine(Task.CurrentId);
                Thread.Sleep(10);
                return num * num;
            };
           
            return source.AsParallel()
                .WithCancellation(token)
                .WithDegreeOfParallelism(3)
                .Select(square)
                .ToArray();
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            CancellationTokenSource cts =
                new CancellationTokenSource();

            Console.WriteLine("끝내려면 아무키나 누르세요");

            int[] nums = Enumerable.Range(1, 10000).ToArray();

            Task task = Task.Factory.StartNew(() =>
                {
                    nums = SimpleParallelTask(nums, cts.Token);
                }, cts.Token);

            Console.Read();

            cts.Cancel();
            Console.WriteLine("-------------------------------------");

            try
            {
                task.Wait();
            }
            catch (AggregateException)
            {
                Console.WriteLine("쿼리가 중간에 취소되었습니다.");
            }
        }
    }
}

<코드3> LINQ 맞들기 취소하기.

<코드3>을 보면, AsParallel메서드의 결과로 리턴되는 ParallelQuery타입에 포함된 .WithCancellation메서드를 사용해서 PLINQ 쿼리에 CancellationToken을 넘겨준다는 것을 제외하고는 Parallel.For, Parallel.ForEach와 동일한 방법을 사용하고 있습니다. 결과도 예측할 수 있듯이 동일합니다.

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쿼리가 중간에 취소되었습니다.
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

<결과4> LINQ 맞들기를 취소한 결과.


- 마치면서

어떠셨나요? '백지장도 맞들면 낫다'는 속담이 PLINQ에서는 항상 참이 아니라는 게 말이죠. 이래서 병렬 프로그래밍이 어려운가 봅니다. 어허허허헣. 악플 사절(죽을때 까지 미워할거임)! 피드백 환영! 호호호호^^


- 참고자료

1. Essential C# 4.0, Mark Michaelis, Addison Wesley
저작자표시 비영리 변경금지

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