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- 뜬금없이 뭐여..?

지금까지는 닷넷 4.0에 추가된 TPL과 PLINQ를 통해서 멀티 스레드 프로그래밍을 하는 방법을 살펴봤습니다. 그러면, 잠깐 추억을 되살릴겸, 뭐가 어떻게 달라졌는지도 한번 비교해 볼겸 해서, 닷넷 3.5까지의 멀티 스레드 프로그래밍 방법을 잠깐 살펴보도록 하겠습니다. 호호호호


- Thread와 다이다이로 작업하던 시절.

TPL은 System.Threading.Tasks를 사용해서, ThreadPool을 내부적으로 사용한다고 말씀을 드렸었습니다. 하지만, 그것 닷넷 4.0이나, 닷넷 3.5에서는 Reactive Extension(Rx)을 통해서 추가적으로 지원하는 기능이구요. 그 이전에는 직접적으로 Thread나 ThreadPool을 이용해서 프로그래밍 해야 했습니다. 그럼 Thread를 직접 사용하던 코드를 예제로 한번 보시죠.

using System;
using System.Threading;

namespace Exam18
{
    class Program
    {
        static readonly int max = 10000;

        public static void PrintAsync()
        {
            for (int count = 0; count < max; count++)
            {
                Console.Write("|");
            }
            Console.WriteLine("추가 스레드 끝");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadStart threadStart = PrintAsync;
            Thread thread = new Thread(threadStart);

            //추가 스레드 시작
            thread.Start();

            //현재 작업중인 스레드에서도 반복문 시작
            for (int count = 0; count < max; count++)
            {
                Console.Write("-");
            }
            Console.WriteLine("메인 스레드 끝");

            //혹시 현재 스레드가 빨리 끝나더라도,
            //추가 스레드가 끝날 때 까지 기다리기.           
            thread.Join();
        }
    }
}

<코드1> Thread와 다이다이로.

<코드1>을 보면, 맨 처음에 Task를 소개해드리면서 사용했던 예제를 Thread를 사용하도록 바꾼 코드입니다. 차이점이 있다면, ThreadStart타입의 델리게이트를 사용해야 한다는 것과, Wait()메서드가 아니라 Join()메서드를 사용한다는 것이죠. 결과를 보시면, Task를 사용했던 것과 동일합니다.

---------|||||||-|||||||||||--------------|||||||||-------------|||||------|||||||||||---------
-||||||||--------|||||||||||||-----메인 스레드 끝||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||추가 스레드 끝
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .
<결과1> Thread를 사용한 결과.

그리고 Thread를 보면, Task와 마찬가지로 실행을 제어할 수 있도록 몇가지 속성을 제공하는데요, 그 목록을 보면 아래와 같습니다.

 속성  설명 
 Join()  추가 스레드가 완료되기 전에 메인 스레드가 완료되면, 추가 스레드가 하던 작업은 다 날아간다. 그래서 추가 스레드의 작업이 완료될 때까지 메인 스레드가 기다리도록 한다.
 IsBackground  이 속성은 기본적으로 false이다. 즉, 스레드는 기본적으로 foreground작업인데, 그 때문에 스레드가 완료되기 전까지는 프로세스를 종료시킬 수 없다. 이 속성을 true로 주면, 스레드의 작업이 완료되기 전에도 프로세스를 종료시킬 수 있다.
 Priority  Join메서드를 사용한 경우에, 이 속성을 통해서 스레드의 우선순위를 바꿀 수 있다.
 ThreadState  이 속성을 통해서 스레드의 상태를 파악할 수 있는데, Aborted, AbortRequested, Background, Runnging, Stopped, StopRequested, Suspended, SuspendRequested, Unstarted, WaitSleepJoin등의 상태 값을 얻을 수 있다.
 Thread.Sleep()  현재 실행 중인 스레드의 실행을 명시한 시간만큼 일시정시 시키는 메서드이다.
 Abort()  이름 그대로, 스레드를 중지시키는 메서드. ThreadAbortException이 발생된다.
<표1> Thread의 속성.

위의 Thread멤버 중에서, Task에도 있는 건, Join()과 ThreadState뿐입니다. 왜 그럴까요? 일반적으로 권장되지 않는 것들이기 때문이죠. 그래서 닷넷 프레임워크 4.0으로 프로그래밍 할 때는, 위에서 언급한 것들 중에서 Task에 없는 속성들을 될 수 있으면 사용하지 말아야 합니다.


- ThreadPool을 사용해보자.

ThreadPool을 사용하면, 새로운 스레드를 계속 해서 생성하기 보다 기존에 있는 스레드를 재활용해서 추가적인 스레드 생성을 막을 수 있습니다. 참고로, TPL이 내부적으로 ThreadPool을 사용한다고 말씀드렸었죠? 그럼 ThreadPool을 사용하는 예제도 한번 보시죠.

using System;
using System.Threading;

namespace Exam19
{
    class Program
    {
        static readonly int max = 10000;

        public static void PrintAsync(object state)
        {
            for (int count = 0; count < max; count++)
            {
                Console.Write(state.ToString());
            }
            Console.WriteLine("추가 스레드 끝");
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(PrintAsync, "|");
           
            //현재 작업중인 스레드에서도 반복문 시작
            for (int count = 0; count < max; count++)
            {
                Console.Write("-");
            }
            Console.WriteLine("메인 스레드 끝");

            //혹시 현재 스레드가 빨리 끝나더라도,
            //추가 스레드가 끝날 때 까지 기다리기.           
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

<코드2> ThreadPool을 사용한 코드.

<코드2>를 보시면, ThreadPool을 사용하고 있는데요. QueueUserWorkItem메서드를 통해서 작업을 추가하고 있습니다. 그러면, 자동으로 스레드를 활용해서 작업을 시작하게 되구요. 결과는 앞선 예제와 동일합니다. 그런데, ThreadPool을 사용할 때 장점만이 있는 건 아닌데요. 작성한 코드외에도 다른 라이브러리등에서 내부적으로 시간이 많이 걸리는 I/O작업 등에 ThreadPool을 사용한다면, 그 작업이 끝날 때까지 기다려야 하거나, 심한 경우에는 데드락이 발생하기도 합니다. 그리고 Thread나 Task를 사용할 때와는 다르게 ThreadPool은 실행 중인 작업에 접근할 수 있는 방법이 없습니다. 그래서 실행 중인 작업을 조종한다거나, 상태를 확인할 수 가 없죠. 그래서 <코드2>를 보시면, Join()이나 Wait()대신에, Thread.Sleep()메서드를 통해서 추가 스레드가 끝날 때까지 메인 스레드를 기다리게 합니다.


- 마치면서

오늘은 닷넷 3.5 까지의 멀티 스레드 프로그래밍 방법에 대해서 알아봤는데요. 크게 다른 모습은 없습니다. 다만, 좀 더 안전하고 간단한 방법을 제공하는 것이죠. 대한민국도 16강에 진출했는데 오늘은 여기까지 하시죠!...응??


- 참고자료

1. Essential C# 4.0, Mark Michaelis, Addison Wesley
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이제 본격적으로 VC++ 10의 병렬 프로그래밍에 대한 이야기를 시작합니다.

첫 번째는 이름만 들어도 딱 '병렬 프로그래밍' 이라는느낌을 주고 가장 많이 사용될 것으로 생각하는 Parallel Patterns Library (PPL)입니다정말 이름에서 딱 느낌이 오죠 ^^



PPL은 크게 세 개의 features로 나누어집니다.

1. Task Parallelism : 병렬적으로 여러 가지 작업 처리

2. Parallel algorithms : 데이터 컬렉션을 제너릭 알고리즘으로병렬 처리

3. Parallel containers and objects :concurrent 접근이 가능한 제너릭 컨테이너

 


PPL 모델은 C++의 Standard Template Library(STL)과비슷합니다.

예를 들면 STL에는 for_each 라는 것이 있는데 PPL에는 이것의 병렬 버전인 parallel_for_each가 있습니다. 뒤에 설명하겠지만 parallel_for_each에 대해서 간단하게 말하면 array의 항목을 순회하는 parallel 알고리즘입니다.



PPL을 사용하기 위해서는 먼저 namespace Concurrency를 선언한 후 ppl.h 파일을 포함합니다.
........
#include <ppl.h>

using namespace Concurrency;
..............


먼저 parallel_for_each를 사용한 코드를 보여 드리겠습니다. parallel_for_each는 다음에 자세히 설명하겠으니 이번은 PPL 이라는 것이 어떻게 사용하는지만 아래 코드를 통해서 보세요^^

< 리스트 1. parallel_for_each 예제 >

#include <ppl.h>

#include <array>

#include <algorithm>

 

using namespace std;

using namespace std::tr1;

using namespace Concurrency;

 

int main()

{

   // Create anarray object that contains a few elements.

   array<int, 3> a = {13, 26, 39};

 

   // Use thefor_each algorithm to perform an operation on each element

   // of the arrayserially.

  for_each(a.begin(), a.end(), [&](int n) {

      // TODO:Perform some operation on n.

   });

 

   // Use theparallel_for_each algorithm to perform the same operation

   // in parallel.

  parallel_for_each(a.begin(), a.end(), [&](int n) {

      // TODO:Perform some operation on n.

   });

}


<리스트 1>의 코드를 보면 람다를 사용한 부분도 보이죠? 예전에 제가 C++0x의 새로운 기능에 의해 C++의 성능과 표현력이 향상 되었다고 이야기 했습니다. 이런 장점들이 PPL에 많은 기여를 하였습니다.




PPL과 OpenMP

예전에 PPL이 MSDN 매거진을 통해서 공개 되었을 때 많은 분들이 OpenMP와 비슷하게 보시고 왜 기존에 있는 것과 같은 것을 또 만드냐 라는 이야기를 하는 것을 들은 적이 있습니다.

PPL과 OpenMP는 같은 것이 아닙니다. 표현 방법이 얼핏 비슷하게 보일지 몰라도 개념이나 기반은 많이 다릅니다.

OpenMP는 pragma 지신문이고 PPL은 순수 C++ 템플릿으로 만들어진 라이브러리입니다.
그래서 PPL은 표현성과 유연성이 OpenMP에서 비해서 훨씬 더 뛰어납니다.
또한 PPL은 Concurrency Runtime 기반 위에 구축되므로 동일한 런타임을 기반으로 하는 다른 라이브러리와 잠재적 상호 운용성이 제공됩니다.

PPL은 어떤 것인지, 왜 OpenMP 보다 더 좋은지 이후에 제가 적을 글을 보면 쉽게 알 수 있으리라 생각합니다.


오늘은 PPL의 개념에 대한 이야기로 마치고 다음에는 PPL의 하나인 task에 대해서 이야기 하겠습니다.
시간 여유가 있거나 task에 대해서 빨리 알고 싶은 분들은 일전에 정재원님이 task 예제를 설명한 글을 올린 적이 있으니 먼저 그것을 보면서 예습을 하는 것도 좋습니다.



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Concurrency Runtime

VC++ 10 Concurrency Runtime 2009.07.30 06:00 Posted by 흥배

VSTS 2010 VC++ 10의 큰 핵심 feature 두 가지를 뽑으라고 하면 저는 C++0x와 Concurrency Runtime 두 가지를 뽑고 싶습니다.

VC++ 10
은 시대의 변화에 맞추어 새로운 C++ 표준과 병렬 프로그래밍을 받아들였습니다.

현재도 Win32 API에 있는 Thread  관련 API를 사용하여 병렬 프로그래밍을 할수 있습니다. 하지만 이것만으로 병렬 프로그래밍을 하기에는 너무 불편합니다.
그래서 VC++ 10에는 Concurrency Runtime 이라는 것이 생겼습니다.



Concurrency
Parallel의 차이


Concurrency는 병행, Parallel은 병렬이라고 합니다.

Concurrency는 독립된 요구를 동시에 처리하고, Parallel은 하나의 task를 가능한 Concurrency로 실행할 수 있도록 분해하여 처리합니다.

< 그림 출처 : http://blogs.msdn.com/photos/hiroyuk/picture9341188.aspx >


VSTS 2010에서는 Concurrency는 런타임 용어 Paralell은 프로그래밍 모델 용어가 됩니다.
이를테면 프로그래밍 때에 분해하여 런타팀에 넘기면(이것이 병렬화), 런타임은 그것을 Parallel로 실행합니다. Concurrency Runtime은 Parallel 런타임으로 이해하면 될 것 같습니다.




Concurrency Runtime

< 그림 출처 : http://blogs.msdn.com/photos/hiroyuk/picture9341189.aspx >

Cuncurrency Runtime은 C++ 병행 프로그래밍 프레임워크입니다. Cuncurrency Runtime복잡한 parallel code 작성을 줄여주고, 간단하게 강력하고, 확장성 있고 응답성 좋은 parallel 애플리케이션을 만듭니다. 또한 공통 작업 스케줄러를 제공하며 이것은 work-stealing 알고리즘을 사용하여 프로세싱 리소스를 증가시켜 애플리케이션의 확장성을 높여줍니다.

 


Cuncurrency Runtime에 의해 다음의 이점을 얻을 수 있습니다.

1. data parallelism 향상 : Parallel algorithms은 컬럭션이나 데이터 모음을 복수의 프로세서를 사용하여 배분하여 처리합니다.

2. Task parallelism : Task objects는 프로세서 처리에 독립적으로 복수 개로 배분합니다.

3. Declarative data parallelism : Asynchronous agents와 메시지 전달로 어떻게 실행하지 몰라도 계산을 선언하면 실행됩니다.

4. Asynchrony : Asynchronous agents는 데이터에 어떤 일을 처리하는 동안 기다리게 합니다.

 

 

Cuncurrency Runtime 컴포넌트는 네 가지로 나누어집니다.

1. Parallel Patterns Library (PPL)

2. Asynchronous Agents Library (AAL)

3. work scheduler

4. resource manager

 

이 컴포넌트는 OS와 애플리케이션 사이에 위치합니다.


< 그림 출처 : MSDN >


Cuncurrency Runtime의 각 컴포넌트는 아래의 네 개의 헤더 파일과 관련 되어집니다.

컴포넌트

헤더 파일

Parallel Patterns Library (PPL)

ppl.h

Asynchronous Agents Library (AAL)

agents.h

Concurrency Runtime work scheduler

concrt.h

Concurrency Runtime resource manager

concrtrm.h

 

 

Concurrency Runtime을 사용하기 위해서는  namespace Concurrency를 선업합니다.

Concurrency RuntimeC Runtime Library (CRT)를 제공합니다.


Concurrency Runtime의 대부분의 type와 알고리즘은 C++의 템플릿으로 만들어졌습니다. 또한 이 프레임워크에는 C++0x의 새로운 기능이 많이 사용되었습니다.

대부분의 알고리즘은 파라메터 루틴을 가지고 작업을 실행합니다. 이 파라메터는 람다 함수, 함수 오브젝트, 함수 포인터입니다.



처음 들어보는 단어를 처음부터 막 나오기 시작해서 잘 이해가 안가는 분들이 있지 않을까 걱정이 되네요. 그래서 핵심만 한번 더 추려 보겠습니다.^^

1. Concurrency는 병행, Parallel은 병렬.
2. VSTS 2010에서는 Concurrency는 런타임 용어로 Paralell은 프로그래밍 모델 용어.
3. 프로그래밍 때에 분해하여 런타팀에 넘기면(이것이 병렬화), 런타임은 그것을 Parallel로 실행.
4. Cuncurrency Runtime은 C++ 병행 프로그래밍 프레임워크로 복잡한 parallel code 작성을 줄여주고, 간단하게 강력하고, 확장성 있고 응답성 좋은 parallel 애플리케이션을 만들수 있으며 공통 작업 스케줄러를 제공하며 이것은 work-stealing 알고리즘을 사용하여 프로세싱 리소스를 증가시켜 애플리케이션의 확장성을 높여준다.

5. Cuncurrency Runtime 컴포넌트는 네 가지로 나누어진다.

  1. Parallel Patterns Library (PPL)

  2. Asynchronous Agents Library (AAL)

  3. work scheduler

  4. resource manager



그럼 다음에는 Parallel Patterns Library(PPL)에 대해서 이야기 하겠습니다.^^





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