멀티태스크와 액터 모델
멀티태스크
협조적/비협조적 멀티태스크
선점: 프로세스와의 협조 없이 수행하는 컨택스트 스위칭이라고는 하나, 결국 뺏어오는 게 가능하냐의 문제다.
협조적 멀티태스크(비선점형, cooperative): 각각의 프로세스가 자발적으로 컨택스트 스위칭을 수행하는 멀티태스크 방식.
장점: 멀티태스크 매커니즘을 구현하기 쉽다.
단점: 프로세스가 자발적으로 컨텍스트 스위칭을 해야하는데, 만약 버그가 발생하여 프로세스가 무한 루프에 빠지거나 정지하게 되면 그 프로세스는 계산 리소스를 점유하게 된다.
비협조적 멀티태스크(선점형, preemptive): 프로세스와 협조 없이 외부적인 작동에 따라 컨택스트 스위칭을 수행하는 멀티태스크 방식
장점: 비선점형에서 나타날 수 있었던 무한 루프나 블로킹 함수와 관련된 문제가 일어나지 않는다.
단점: 처리 시스템 구현이 어려울 수 있고, 공평성을 확보하기 위해 빈번하게 컨택스트 스위칭을 수행하게 되면 비선점형에 비해 다소 오버헤드가 있을 수 있겠다.
여기서 공평성이란 무엇인가? 공평성은 두 가지 정의가 있는데
약한 공평성: 어떤 실행 환경이 약한 공평성을 만족한다 <=> 어떤 프로세스가 특정 시각 이후 실행 가능한 대기 상태가 되었을 때 그 프로세스가 실행된다.
강한 공평성: 어떤 실행 환경이 강한 공평성을 만족한다. <=> 어떤 프로세스가 특정 시각 이후 실행 가능한 대기 상대와 실행 불가능한 대기 상태의 전이를 무한히 반복할 때 최종적으로 그 프로세스는 실행된다.
풀어서 설명하면 약한 공평성은 어떤 프로세스가 계속해서 실행 가능한 상태에 있다면 언젠가는 실행된다, 강한 공평성은 보다 강한 조건으로 단순히 언젠가 실행되는 것이 아니라 지속적으로 공정한 실행 기회를 보장받는다고 해석할 수 있다.
그린 스레드
그린 스레드란 유저랜드의 소프트웨어가 독자적으로 제공한 스레드 매커니즘을 뜻한다. 그러니까 OS가 아닌 런타임 라이브러리나 VM에 의해 스케줄링되는 스레드라고 할 수 있다. 반대되는 개념으로 네이티브 스레드가 있다.
액터 모델
액터 모델이란 동시성 프로그래밍을 위한 수학적 모델인데, 액터라는 독립적인 계산 단위라는 개념이 존재하고, 액터는 각자의 상태와 행동을 가진다.
액터 모델은 비동기, 동시성 처리를 가능하게 하는 모델인데, 객체 지향에서 모든 것은 객체다 라고 생각하는 것처럼 액터 모델에선 모든 것을 액터로 취급한다.
각 액터는 메시지 큐를 가지고 있고 이를 경유하여 데이터를 송수신한다.
좀 더 자세히 알아보자면
액터는 다음 세 가지 요소로 구성된다.
Behavior
State
Mailbox
액터 간에는 메시지를 주고 받을 수 있고, 독립적인 메모리 공간을 갖는다. 액터는 다른 액터에게 메시지를 보내는 방법으로만 영향을 미칠 수 있기 때문에, 스레드에서 공통으로 접근하는 값이 변경되어 다른 스레드에 영향을 미칠 수 있는 것과 대비된다.
메시지 처리의 과정을 살펴보면,
Main문에서 액터를 지정해 메시지를 보내면
해당 액터의 수신함에 메시지가 들어가고
수신한 액터는 이벤트가 발생해
받은 순서대로 메시지를 확인한다.
그리고 액터는 수신한 메시지에 따라 행동을 결정하여 실행한다.
여기서 상태(State)는 액터 자신만 변경 가능하다. 그리고 메시지를 수신받은 액터가 취할 수 있는 행동은
자신의 상태 변경
자식 액터 생성 및 제거
다른 액터에 메시지 전송 등이 있다.
액터 간의 상호작용을 나타낸 그림인데, 결과적으로 말하고자 하는 것은
메모리를 공유하지 않고
메시지로만 상호작용하기 때문에 동시성 처리에서 비교적 덜 머리아프게(?) 문제를 해결할 수 있다는 것이다.