Thread, File IO, Standard IO, select, sleep, Timer, Alarm...

시프_정리

날짜: 2022년 12월 13일

15. Threads Synchronization

• Data Sharing ******* 시험출제예상 *******
  • 전역변수 volatile 안 쓰면 캐싱이 일어나서 각 스레드마다 레지스터에 존재하는 copy에서 값을 가져와 더하기때문에 값에 오류가 생긴다.
  • pthread_cancel 다른 스레드 종료 | pthread_exit 내가 나를 종료
• Race condition & Critical section & Mutual exclusion
• Locks(Mutex)
  • available(얻을수있다) | aquired(얻을수없다)
  • 획득한 스레드를 owner라고 한다.
• pthread_mutex_
  • trylock(&mutex): 즉시 리턴, 0 or error
  • lock(&mutex): 획득 가능 할때 리턴, 0 or error
  • unlock(&mutex) & destroy(&mutex) 0 or error

16. Issues in Multi-thread Application

• Dining-philosopher problem
  • ps(철학자) pp(젓가락)
  • pthread_mutex_lock(pp→lock[ps→id]) 왼쪽젓가락잡으려
  • pthread_mutex_lock(pp→lock[(ps→id + 1)%phil_count]) 오른쪽젓가락잡으려
  • Deadlock
    • 홀수번철학자는 왼쪽부터 잡고 짝수번은 오른쪽부터 시도한다.
    • Mutex with Condition variable
• Sending signal to multi threads
  • kill(getpid(), SIGTERM)
    • 자기 종료하면서 다른 애들도 unordered로 종료시킨다.

17. File IO(1)

• Directory 또한 일종의 File, 파일들이 실제 위치하는 곳까지 직접 연결될 수 있게 연결지점을 만들어 준다.
• . .. / ~/
• File Table
  • 프로그램이 프로세스화 될때 부여되며 프로세스마다 존재한다.
  • fd: 012(stdin,stdout,stderr) = File Descriptor table의 인덱스
  • File Entry = {inode,offset,mode}
• int open(name, flags, mode) ******* 시험출제예상 *******
  • return fd or -1
  • flags
    • O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDRW 중 하나는 필수
    • O_APPEND, O_CREAT, O_EXCL(파일 존재시 에러 with O_CREAT), O_TRUNC
  • mode
    • I_IRWX + {U,G,O}
    • I_I + {R,W,X} + {USR,GRP,OTH}
    • or just 0644
• int creat(name,mode) = open(name,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode)
• ssize_t read(fd,buf,len)
  • return 읽어온 바이트 수 or -1
  • 중요
  • while(len!=0 && (ret=read(fd,buf,len))!=0){ if(ret<0) ERROR len -= ret; buf += ret; }
• ssize_t write(fd,buf,count)
  • return 쓴 바이트 수 or -1
• 쓰기의 경우 캐시에 쓰고 나중에 한번에 메인 메모리에 업데이트 하는데 이것을 강제하는것이 fsync(fd) return 0 or -1
• 긁어올 때 크게 받아와서 메모리에 다시 접근하는 것을 최소화 한다. Buffered I/O

18. File IO(2)

• inode : 파일의 고유 양수 번호(Type, Access mode, ownership)
• File Structure : {metadata + datablocks, single_indirect, double_indirect, triple_indirect}
  • 파일이 너무 커지면 → 파일을 나눠서 여러 파일에 데이터를 저장하는것이 효율적이다. 데이터를 탐색하는데에도 시간이 너무 오래 걸려
• off_t lseek(fd,pos,origin)
  • return new offset or -1
  • origin
    • SEEK_CUR
    • SEEK_SET
    • SEEK_END
• ssize_t pread(fd,buf,count,pos)
  • pos 부터 count 까지를 읽어온다. offset은 미수정
• ssize_t p_write(fd,buf,count,pos)
• fork 하고 각자에서 open하면 다른 fd & offset를 갖는다. → Global File Table에서 다른 File Entry 갖는다.(ref=1,ref=1)
  • fork 이전에 open 하고 fork 하면 부모와 자식에서 같은 fd를 갖는다.(각 프로세스의 File Descriptor Table에서 같은 fd 넘버) → Global File Table에서 같은 File Entry 갖는다.(ref=2)
  • fork 이후에 각자 코드 진행하더라도 같은 fd(하지만 같은 테이블에서가 아니라 각 테이블에서 같은 fd 넘버)를 갖는다. ******* 시험출제예상 *******
    • 따라서 각 프로세스에서 각각 close 해주어야 ref가 다시 0이 된다.
  • 중요

fd = open(name,flags,mode)
'''fork'''
if child:
        write(fd,buf,count)
else:
        lseek(fd,0,SEEK_SET) //offset 처음으로 돌린다.
        ret = read(fd,buf,len)

19. File IO(3)

• select(n,readfds,writefds,exceptfds,timeout)

  • n = 들어있는 fd 중 가장큰것 + 1

  • Macros

    • FD_CLR() : 특정 fd unset
    • FD_ISSET() : 특정 fd가 사용될 준비가 되어있나요?
    • FD_SET() : 특정 fd를 set
    • FD_ZERO() : 모든 fd를 unset

  • 중요 ******* 시험출제예상 *******

  • FD_SET(stdin,readfds)
    FD_SET(stdout,writefds)
    ret=select(stdout+1,readfds,writefds,NULL,NULL)
    for(i=0;i<2;i++){
      if FD_ISSET(i,&readfds) -> R else NULL
      if FD_ISSET(i,&writefds) -> W else NULL
    }
    
    //stdin 과 stdout 은 동시에 쓰일 수 없다.  
    //i=0 -> writefds에는 stdin이 없어서 X, readfds에는 set 되어있지만
    //FD_ISSET이 있는 printf문에서 이미 stdout을 쓰고있기 때문에 stdin은 사용될 수 없다.  
    //i=1 -> stdout은 writefds에 set되어있고 ready 되어있으므로 W을 출력

• mmap(addr,len,prot,flag,fd,offset)

  • fd에서 offset 부터 len만큼을 addr에 대응시킨다.
  • prot
    • PROT_READ
    • PROT_WRITE
    • PROT_EXEC
    • fd의 mode와 대응시켜야한다.
  • flag 다른 프로세스와 공유 할 수 있다/없다.
  • 메모리에 맵핑할때 overhead 크지만, read,write에 overhead 작다.

• munmap(addr,len)

• fstat(fd,sb) sb에 fd 정보들을 담는다.

20. File IO(4)

******* 시험출제예상 *******

• command > filename
  • stdout을 stdout하지 않고 파일에 저장(파일을 무조건 truncate)
• command >> filename
  • stdout을 stdout하지 않고 파일에 저장(O_CREAT|O_APPEND)
• command 2> filename
  • stderr 를 stderr하지 않고 파일에 저장
• command >& filename
  • stdin,stderr 출력하지 않고 파일에 저장
• newfd = dup(1)
  • fd=1이 가르키는 Global File Table 의 entry를 newfd가 가르키게 한다.(같은 offset을 갖는다.)
    ******* 시험출제예상*******

• dup2(oldfd,newfd)
  • newfd가 oldfd가 가르키는 Global File Table의 File Entry를 가르키게 한다.(동일한 offset)

21. Standard I/O

• stdio 는 시스템 콜(to kernel)을 줄이기 위해 자체적인 버퍼를 두어 최대한 시스템콜을 미루어서 성능 저하를 막는다.
• File* fopen(path,mode)
  • mode
    • r r+ : 파일이 없으면 에러를 발생 O_EXCL
    • w w+ : O_CREAT | O_TRUNC
    • a a+
  • return 파일포인터 or NULL
• File* fdopen(fd,mode)
  • 이미 열린 fd에서 스트림을 연다. mode 맞춰주어야한다.
• fgetc(stream)
  • stream에서 한 글자만 가져온다.
• fgets(str,size,stream)
  • stream에서 (size-1)+\0 혹은 \n을 기준으로 끊어서 읽어온다.(한 줄 읽어오기)
  • return str or NULL
• ssize_t fread(buf,size,nr,stream)
  • buf에 stream에서 size(i.e.e. len(char)) nr개 저장
  • return 요소개수 or 다 못읽어왔다면 읽어온 개수
  • 개행문자 상관없이 nr개 받아온다.
• fputc(c,stream)
• fputs(str,stream)
  • return 개수 or EOF
• fwrite(buf,size,nr,stream)
  • buf에 있는 데이터를 size*nr 개 stream에 저장
  • return 요소개수 or 읽어온 개수
• fflush(stream)
  • stdin : 입력버퍼 비운다.
  • stdout : 출력버퍼 비운다.(출력한다.)
• fseek(stream,offset,whence)
  • whence
    • SEEK_SET
    • SEEK_CUR
    • SEEK_END
  • 스트림 위치 지정자를 해당 위치로 조정
    • 그 이후에 fputs 등을 하면 글을 수정하는거지
• ftell(stream)
  • 현재 스트림 위치 조정자를 return
• fclose(stream)
  • return 0 or EOF
• fcloseall()
  • 열려있는 fd를 다 닫는다.

스트림 생성	스트림 닫기	스트림 위치 조정자			buf
fopen	fclose	fseek	fgetc	fputc	fread
fdopen	fcloseall	ftell	fgets	fputs	fwrite

22. Time

• Hardware clock 보다 System clock이 overhead가 크다.

Time 종류	Hardware clock
Wall Time	RealTimeClock(RTC)
Monotonic Time	HighPrecisionEventTimer(HPET)
Process Time	TimeStampCounter(TSC)
- time(t)
- 현재 시각을 Epoch 초로 반환
- time(t1) or t1=time(NULL)

• struct timeval(tv_sec, tv_usec) 마이크로초
• int gettimeofday(timeval,timezone)
  • timeval에 현재시각을 넣는다.
• struct timespec(tv_sec, tv_nsec) 나노초
• POSIX CLOCKS(clock_id)
  • CLOCK_REALTIME : wall time
  • CLOCK_MONOTONIC : epoch time
  • CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID
  • CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
• clock_getres(clock_id,timespec)
  • clock_id 형식으로 현재 시각을 timespec 에 넣는다.
• clock_gettime(clock_id,timespec)
  • clock_id 형식으로 현재 시각을 timespec 에 넣는다.

23. Sleeping

• sleep(seconds) : low resolution & signal call

  s=5
  while(s=sleep(s)) //return 아직 덜 잠든 시간

• nanosleep(timespec req, timespec rem)

  • req에 재우고 싶은 시간 정보, rem에 남은 시간 반환
  • return 0 or -1

• clock_nanosleep(clock_id,flags,req,rem)

  • flag 있으면 절대시간, 없으면 상대시간
  • clock_id 형태로 req 만큼 재우고 rem에 남은 시간 반환

• select(n,readfds,writefds,exceptfds,NULL)

  • timeout 이 NULL 이면 고해상도의 sleep 제공

• alarm(seconds)

  • SIGALRM 발생
  • 중복 발생 하면 가장 최근의 알람으로 바꾸므로 겹치지 않게 해야하며, 남은 시간을 리턴한다.

23. Timer

******* 시험출제예상 *******

• sleep, timer 차이
  • process 일정 시간 실행 중지
  • process 에게 미래에 notification을 주는것을 schedule
• timer, alarm 차이
  • alarm은 주기적으로 반복이 가능하다
  • 같은 real-timer를 공유하여 혼용하면 안된다.
  • 알람과 타이머 모두 하나이고, 정보를 갈아끼우는 형태이다.
• which
  • ITIMER_REAL : wall time 재고 프로세스에 SIGALRM 전송
  • ITIMER_VIRTUAL : 프로세스의 유저코드가 실행될때만 시간이 감소, SIGVALRM 전송
  • ITIMER_PROF : 유저코드 + 커널 동작 모두 시간이 감소, SIGPROF 전송
    • ITIMER_PROF - ITIMER_VIRTUAL : 커널 동작 시간 측정
• struct itimerval
  • it_val : 처음 울릴 시각
  • it_interval : 주기
• int setitimer(which, itimerval value, itimer ovalue)
  • which
  • value를 타이머 정보로 set
  • ovalue에는 이전 타이머의 정보를 반환
• getitimer(which,value)
  • which 타입의 현재 타이머 정보를 value에 담는다.
• itimer 장단점
  • 호환성이 좋으나 타입이 세개밖에 없고, 울린것을 아는 방법은 signal밖에 없다.
  • ******* 시험출제예상 *******
  • 블록되어지면 여러번 들어와도 한번만 recv된다. msec까지만 지원해 해상도가 낮다.
• POSIX timer
  • timer_create(clock_id, evp, timerid)
    • 타이머 timerid 를 생성만 하고 시간이 흐르진 않아
    • clock_id
      • CLOCK_REALTIME : wall time
      • CLOCK_MONOTONIC : epoch time
      • CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID
      • CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
  • timer_settime(timerid, flags, itimerspec value, itimerspec ovalue)
    • struct itimerspec
      • it_interval, it_value (timespec, nsec까지 지원)
    • flags
      • TIMER_ABSOLUTE or 0(상대시간)
    • 타이머정보를 value로 set하고, 옛날 타이머정보를 ovalue에 저장
  • timer_gettime(timerid, value)
    • timerid의 정보를 value에 반환