멀티프로세싱(Multi Processing)과 멀티스레딩(Multi Threading)
컴퓨터(Computer)는 핵심이 되는 장치인 CPU(Central Processing Unit)를 갖는다.
CPU는 물리 계산을 수행하는 핵심 부품인 코어(Core)를 갖고 있으며 CPU를 프로세서(Processor)라고도 부른다.
과거에는 하나의 컴퓨터에 프로세서가 한 개만 있었다. 이를 싱글 프로세서 시스템(Single Processor System)이라고 부른다. 싱글 프로세서 시스템에서는 프로세서가 한 번에 하나의 작업만 처리할 수 있다.
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| 싱글 프로세서 시스템 |
프로그램(Program)은 컴퓨터가 실행할 수 있는 명령어(Instruction)들의 집합이다. 주로 하드디스크에 저장된다.
프로그램이 실행된다는 것은 OS에 의해 프로그램의 일부가 메모리에 적재되고 CPU에 의해 명령어가 수행되는 것을 의미한다.
실행 중인 프로그램을 프로세스(Process)라고 부른다. 이 때 명령어는 사이클(클럭, Clock) 단위로 처리된다.
프로세스 안에서 논리적으로 작업이 수행되는 최소 처리 단위를 Thread라고 부른다.
프로세서의 성능을 높이기 위해 CPU의 클럭을 높이거나 캐시를 늘리는 방법이 먼저 사용됐지만 발열, 비용 등의 문제로 한계에 부딪혔다. 다른 방법으로 프로세서를 여러개 설치하여 병렬적으로 작업을 수행할 수 있게하는 방법이 적용됐다. 이를 멀티 프로세서 시스템(Multi Processor System)이라고 부른다.
멀티 프로세서 시스템에서 각 프로세서는 독립된 레지스터와 캐시를 가지며, 모든 프로세서는 시스템 버스를 통해 메인 메모리에 접근할 수 있다. 멀티 프로세서 시스템은 프로세서의 개수만큼 동시에 작업을 수행할 수 있는 장점이 있지만 싱글 프로세서 시스템에서 많은 설계의 변경이 필요하다.
설계의 변경 없이 기존 싱글 프로세서 시스템에서 여러 프로세스를 동시에 실행할 수 있게하는 방법이 등장했는데 바로 하나의 CPU에 물리적으로 여러 개의 코어를 추가한 멀티 코어 시스템(Multi Core System)이다. 멀티 코어 시스템에서는 코어 수 만큼 여러 작업을 동시에 처리할 수 있다.
코어가 1개이면 싱글 코어, 2개이면 듀얼 코어, 4개이면 쿼드 코어, 8개이면 옥타 코어 CPU라고 부른다.
또 다른 방법으로 하나의 코어가 2개 이상의 명령어를 처리할 수 있게 하는 방법인 멀티 쓰레딩(Multi Threading)이 있다.
1960년대 IBM이 SMT(Simultaneous Multi-Threading)이라는 이름으로 사용되고 있었고, 2000년 대 초반에 인텔이 하이퍼쓰레딩(Hyper Threading)이라고 부르면서 이 이름으로 더 알려졌다.
멀티 쓰레딩에 대해 간단히 설명하면 하나의 물리적 코어 가 두 개의 논리적 코어처럼 작동하도록 하여 동시에 여러 작업을 처리하게 하는 방법이다.
하나의 쓰레드가 작업을 처리할 때 100% 성능을 사용하는 경우가 많지 않기 때문에 한 쓰레드의 작업을 처리하고 남는 유휴 자원을 활용하여 다른 쓰레드에서 서로 의존성이 없는 명령어를 동시에 실행하는 원리이다. 한 쓰레드의 작업을 처리할 때 자원이 남아야하고 명령어의 의존성도 없어야 하기 때문에 실제로는 멀티 태스킹이 많은 환경에서 성능이 20~30% 정도 향상되고 멀티 쓰레딩을 지원하지 않는 프로세스를 실행 시킬 때는 오히려 성능이 떨어질 수 있다.
예를 들어 8코어 CPU에 하이퍼 쓰레딩을 지원한다면 논리적으로는 16개의 코어를 가지고 있다고 표현된다.
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| 하이퍼 쓰레딩의 원리 |
현대의 컴퓨터는 멀티 코어 시스템에 멀티 쓰레드 시스템을 모두 적용하고 있다. 병렬처리 성능을 제대로 내려면 프로그램이 멀티 쓰레딩을 지원하는지도 중요하다.
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| 멀티 코어 프로세서와 멀티 쓰레드 프로그램의 관계(하이퍼 쓰레딩은 적용되지 않음) |
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