POSIX 스레드(Pthreads)로 멀티스레딩 구현하기: 기본 개념과 활용

멀티코어 프로세서 환경에서는 하나의 프로그램이 여러 작업을 동시에 수행하도록 구현하는 것이 성능 최적화에 필수적입니다. 이를 위해 리눅스에서는 POSIX 스레드(Pthreads)라는 표준 API를 제공합니다. 이번 글에서는 Pthreads의 기본 개념과 멀티스레딩을 활용하는 방법을 설명하고, 실전 코드 예제를 통해 Pthreads 프로그래밍을 익혀보겠습니다.

POSIX 스레드(Pthreads)란?

Pthreads는 POSIX(Portable Operating System Interface) 표준을 따르는 스레드 API로, 대부분의 유닉스 및 리눅스 시스템에서 사용됩니다. 이를 활용하면 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 실행 흐름(스레드)을 생성하고 관리할 수 있습니다.

Pthreads의 주요 특징

• 병렬 실행: 여러 스레드가 독립적으로 실행됨
• 리소스 공유: 프로세스 내에서 메모리 공간과 파일 디스크립터를 공유함
• 동기화 필요: 데이터 경쟁 상태(Race Condition) 방지를 위한 동기화 기법 필수

Pthreads 사용 방법

Pthreads를 사용하기 위해 <pthread.h> 헤더를 포함하고, pthread_create(), pthread_join() 등의 API를 활용해야 합니다.

1. 기본적인 스레드 생성과 종료

아래는 pthread_create() 함수를 이용하여 스레드를 생성하는 예제입니다.

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void* thread_function(void* arg) {
    printf("스레드 실행 중: %d\n", *(int*)arg);
    sleep(1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    int thread_arg = 1;
    
    if (pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, &thread_arg) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return 1;
    }

    pthread_join(thread_id, NULL);
    printf("메인 스레드 종료\n");
    return 0;
}

2. 여러 개의 스레드 생성

다음 예제는 여러 개의 스레드를 생성하여 동시에 실행하는 방법을 보여줍니다.

#define NUM_THREADS 5

int main() {
    pthread_t threads[NUM_THREADS];
    int thread_args[NUM_THREADS];
    
    for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
        thread_args[i] = i;
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, &thread_args[i]) != 0) {
            perror("pthread_create");
            return 1;
        }
    }

    for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    return 0;
}

Pthreads 동기화 기법

멀티스레드 환경에서는 공유 자원을 보호하기 위해 동기화 기법이 필요합니다. 대표적인 방법으로 뮤텍스(Mutex)와 조건 변수(Condition Variable)가 있습니다.

1. 뮤텍스(Mutex)

뮤텍스는 한 번에 하나의 스레드만 특정 코드 영역을 실행하도록 보장하는 메커니즘입니다.

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_function(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    printf("스레드 %d 실행 중\n", *(int*)arg);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

2. 조건 변수(Condition Variable)

조건 변수는 특정 조건이 충족될 때까지 스레드를 대기하도록 만드는 동기화 메커니즘입니다.

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t cond_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_function(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&cond_mutex);
    pthread_cond_wait(&cond, &cond_mutex);
    printf("스레드 %d 실행\n", *(int*)arg);
    pthread_mutex_unlock(&cond_mutex);
    return NULL;
}

정리

이번 글에서는 POSIX 스레드(Pthreads)의 개념과 활용법을 살펴보았습니다. 기본적인 스레드 생성부터 동기화 기법까지 다루었으며, 이를 통해 멀티스레딩 프로그래밍의 기초를 익힐 수 있습니다. 다음 글에서는 멀티스레딩 환경에서 발생할 수 있는 경쟁 상태와 이를 방지하는 기법에 대해 자세히 다뤄보겠습니다.