프로젝트: 파일 동기화 - 스레드

c에서 여러 작업을 병렬로 처리 할때는 스레드나 프로세스 복제를 사용한다.

이때 스레드는 특정 작업을 병렬로 처리할때 많이 사용되며, 이번 프로젝트에서 클라이언트 전송에 사용하였다.

 

 

스레드란?

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스레드는 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위를 말한다.

일반적으로 한 프로그램은 하나의 스레드를 가지고 있지만, 프로그램 환경에 따라 둘 이상의 스레드를 동시에 실행할 수 있다.

이러한 실행 방식을 멀티스레드라고 한다.

 

보통 스레드는 프로세스 복제와 많이 비교가 되는데, 이 둘의 가장 큰 차이점은 자원 공유이다. 

스레드는 같은 스레드끼리 자원을 공유하며, 서로에게 영향을 줄 수 있다.

그에 반해, 프로세스 복제는 완전히 별개의 영역을 가진 독립적인 프로세스를 만든다. 

때문에 한 프로세스가 다른 프로세스의 영향을 줄 수는 없다.

 

이와같은 스레드의 특성 때문에, 하나의 스레드가 공유된 자원에 접근하여 동기화 문제를 발생 시킬수 있다.

때문에 뮤텍스와 같이 한 스레드 자원에 접근 중일때 다른 스레드를 잠시 정지시키던가, 스레드마다 사용할 자원을 미리 정하여 다른 쪽에 영향을 미치지 않게하는 방법이 있다.

이번 프로젝트에서는 후자의 방법으로 스레드의 안정성을 유지할 것이다.

 

 

pthread

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 pthread는 POSIX 표준에 따라 정의된 스레드 라이브러리로 c에서 보통 이를 사용하여 스레드를 생성한다. 

프로젝트에 사용된 코드를 보면서 어떻게 스레드가 실행되는지 설명하겠다.

void thread_create(unsigned char **update_data, transfer_header_t *update_header, int *client_socket)
{
    if (NULL == update_data)
    {
        printf("thread_create 매개변수 오류\n");
        return;
    }

    // 스레드 생성
    pthread_t threads[MAX_CLIENTS];
    memset(threads, 0, sizeof(threads));

    thread_data_t thread_data[MAX_CLIENTS];
    memset(thread_data, 0, sizeof(thread_data));

    for (int index = 0; index < MAX_CLIENTS; index++)
    {
        if (0 == client_socket[index])
        {
            continue;
        }
        else
        {
            // 각 스레드 구성
            thread_data[index].serialized_data = *update_data;
            thread_data[index].socket = client_socket[index];
            thread_data[index].serialized_data_size = update_header->total_size;

            // 스레드 생성 및 실행할 함수와 인수 전달
            pthread_create(&threads[index], NULL, file_send_thread, &thread_data[index]);
        }
    }

    // 생성된 스레드가 종료될 때까지 대기
    for (int thread_index = 0; thread_index < MAX_CLIENTS; thread_index++)
    {
        pthread_join(threads[thread_index], NULL);
    }
	
    //전송 종료 후, update_data 할당 해제
    if (NULL != *update_data)
    {
        free(*update_data);
        *update_data = NULL;
    }
}

해당 코드는 변경된 파일의 직렬화 데이터를 넘겨 받고, 해당 데이터를 연결된 클라이언트에 전송하는 코드이다.

이때 스레드를 사용하여 병렬로 전송하는 구조를 가졌다.

 

    pthread_t threads[MAX_CLIENTS];
    memset(threads, 0, sizeof(threads));

    thread_data_t thread_data[MAX_CLIENTS];
    memset(thread_data, 0, sizeof(thread_data));

우선 스레드 생성전에 pthread_t,thread_data_t 구조체 배열을 선언한다.

여기서 pthread_t는 pthread가 제공하는 구조체로 스레드 식별자를 할당하기 위해 사용한다.

 

thread_data_t 는 사용자 정의 구조체로 스레드에서 사용될 변수들을 저장한 구조체이다.

스레드에서는 단일 인자만 허용하기에, 함수같이 여러 인자를 전달할 수 없다.

때문에 여러 인자가 필요한 경우 구조체에 담아 한번에 전달한다.

 

    for (int index = 0; index < MAX_CLIENTS; index++)
    {
        if (0 == client_socket[index])
        {
            continue;
        }
        else
        {
            // 각 스레드 구성
            thread_data[index].serialized_data = *update_data;
            thread_data[index].socket = client_socket[index];
            thread_data[index].serialized_data_size = update_header->total_size;

            // 스레드 생성 및 실행할 함수와 인수 전달
            pthread_create(&threads[index], NULL, file_send_thread, &thread_data[index]);
        }
    }

소켓이 저장된 배열을 읽으면서, 연결된 소켓이 있을 경우, pthread_create로 스레드를 생성하고, 빈 배열일 경우는 넘어가는 코드이가.

 

이때, 각 스레드에서 사용될 데이터를 구조체에 할당한다.

이렇게 하면 자원 공유측면에서, 각 스레드가 각자의 구조체를 인자로 받고 이를 사용하기에 동기화 문제가 발생하지 않는다.

구조체는 전송할 데이터, 클라이언트의 소켓,그리고 전송 데이터의 크기가 저장된다.

 

pthread_create는 첫인자에  스레드 식별자를 넣고, 3번째 인자에 스레드를 생성하고 실행할 스레드 함수를 넣는다. 인자가 필요할 경우 4번째 인자에 넣는다.

 

  // 생성된 스레드가 종료될 때까지 대기
    for (int thread_index = 0; thread_index < MAX_CLIENTS; thread_index++)
    {
        pthread_join(threads[thread_index], NULL);
    }

위에서 스레드가 생성되면, 메인 스레드(프로그램 시작시 생성되 스레드)는 다음 코드를 진행한다. 

이때 메인 스레드도 스레드니 자원 동기화 문제가 발생할 수 있다.

때문에 pthread_ join으로 모든 스레드가 끝날 때까지 대기한다.

 

 

스레드 함수는 다음과 같다.

void *file_send_thread(void *arg)
{
    thread_data_t *data = (thread_data_t *)arg;

    int socket = 0;
    socket = data->socket;

    unsigned char *serialized_data = NULL;
    serialized_data = data->serialized_data;

    unsigned long serialized_data_size = 0;
    serialized_data_size = data->serialized_data_size;

    send(socket, serialized_data, sizeof(transfer_header_t) + serialized_data_size, 0);

    pthread_exit(NULL);
}

인자가 있다면 arg를 사용해서 받는다.

 

그리고 내부 코드, 여기서는 클라이언트에 데이터를 전송하는 로직을 실행한다.

만약 이 상태로 함수를 종료한다면, 이 프로세스애서 스레드가 종료되지 않고 계속 남아있게 된다.

 

이를 막기위해서는 스레드 함수 마지막에 pthread_exit()를 사용하여 명시적으로 스레드를 종료시켜야 한다.