[Noenemy]'s microgroove

현재 운영체제를 사용하면서 여러 가지 응용 프로그램을 동시에 사용하고 있습니다. 문서 작성을 하면서 음악을 듣고 인터넷 서핑을 동시에 진행할 수 있습니다. 하지만 CPU에서는 원래 동시에 하나의 작업만을 진행할 수 있는데, 시스템에서 실행되어야 하는 여러 작업들을 thread라는 최소 실행단위로 나누고 이러한 여러 thread를 매우 빠른 속도로 나눠서 실행하면서 마치 동시에 여러 프로그램이 실행되는 듯한 효과를 얻을 수 있는 것입니다. 따라서 thread는 시스템을 구성하는 여러 요소 중에서도 실행과 관련된 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

이러한 thread 들은 생성되고 실행된 뒤 소멸될 때까지 Initialized, Ready, Standby, Runnign, Waiting, Transition, Terminated, Deferred Ready(2003 이후)와 같은 여러 상태 값을 가지게 됩니다. System Dispatcher에 의해서 여러 thread 들의 상태 값을 관리하고 실행될 thread를 선택하는 과정이 이루어 지는데 내부적으로 매우 복잡한 알고리즘에 의해서 운영되고 있습니다. 여기서는 thread의 상태 값들에 대한 의미를 정리해보도록 하겠습니다.

각 State에 대한 의미

l  Ready

n  Thread가 실행되기를 기다리는 상태. Thread dispatcher는 다음에 실행할 thread를 이러한 ready state에 있는 thread list에서 찾게 된다.

n  Ready list에 있는 thread 중에서 Priority가 높은 thread 부터 먼저 실행될 대상이 된다.

l  Standby

n  현재 CPU에 의해서 실행 중인 thread 다음에 바로 실행될 수 있도록 선택된 thread이다. CPU당 하나의 thread만 standby 상태에 있을 수 있으며, 이는 ready state에 있는 여러 thread 중에서 선택된다.

l  Running

n  현재 CPU에 의해서 실행 중인 thread이다. 일단 Standby 상태에 있던 thread가 실행 상태가 되면 해당 thread가 실행 될 수 있도록 주어진 기간을 의미하는 퀀텀(quantum) 동안 또는 보다 높은 우선순위의 다른 thread에 의해서 선점(preempted)되기 전까지는 실행 상태를 계속 유지하게 된다. 실행이 완료되면 Ready List에 다시 들어가게 된다.

l  Waiting

n  Ready List에 포함되지 않고 대기 상태에 있는 thread를 의미한다. 특정 kernel object가 signaled 상태가 될 때까지 대기하기 위해서 WaitForSingleObject나 WaitForMultipleObject API를 호출하면 해당 thread는 Waiting 상태에 들어가게 되며 Dispatcher에서 관리하는 thread scheduling의 대상에서 제외된다. 즉, waiting 상태에서 깨어나기 전에서 CPU에 의해서 실행되지 않는다.

l  Transition

n  Waiting 상태에 있다가 실행될 수 있는 Ready 상태가 되려고 하지만 해당 thread의 kernel stack이 page out 된 경우에 해당한다. Kernel stack 영역이 다시 메모리로 page in 되면 비로소 Ready 상태가 된다.

l  Terminated

n  특정 thread의 실행이 종료되면 terminated 상태가 된다.

l  Initialized

n  Thread가 생성되어 운영체제 내부적으로 초기화하고 있는 과정에 해당한다.

참고로 Windows Server 2003 이후 운영체제에서는  시스템이 thread scheduling을 위해서 시스템 전체 범위의 lock을 최소화해서 성능 향상을 도모하고자 위에서 설명한 state 외에 Deferred Ready라는 상태 값이 하나 더 추가 되었습니다.

WinDbg에서 !thread 명령어를 이용하면 특정 thread의 state 값을 아래와 같이 확인이 가능합니다.

1: kd> !thread 86c02020
THREAD 86c02020  Cid 0004.0030  Teb: 00000000 Win32Thread: 00000000 RUNNING on processor 1
IRP List:
    a7834eb8: (0006,0148) Flags: 00000000  Mdl: 00000000
Not impersonating
DeviceMap                 83207d08
Owning Process            0       Image:         <Unknown>
Attached Process          86b97720       Image:         System
Wait Start TickCount      107517         Ticks: 0
Context Switch Count      50347            
UserTime                  00:00:00.000
KernelTime                00:00:05.085
Win32 Start Address nt!ExpWorkerThread (0x82078ea7)
Stack Init 83094000 Current 83093570 Base 83094000 Limit 83091000 Call 0
Priority 13 BasePriority 12 PriorityDecrement 0 IoPriority 2 PagePriority 5

1: kd> !thread 89af7030 
THREAD 89af7030  Cid 0004.11e4  Teb: 00000000 Win32Thread: 00000000 WAIT: (Executive) KernelMode Non-Alertable
    820fae94  NotificationEvent
    820fae84  NotificationEvent
    820fae0c  NotificationEvent
    820faeb8  NotificationEvent
Not impersonating
DeviceMap                 83207d08
Owning Process            0       Image:         <Unknown>
Attached Process          86b97720       Image:         System
Wait Start TickCount      107512         Ticks: 5 (0:00:00:00.078)
Context Switch Count      23402            
UserTime                  00:00:00.000
KernelTime                00:00:03.463
Win32 Start Address nt!PfTLoggingWorker (0x821fffaf)
Stack Init 9d085000 Current 9d084c28 Base 9d085000 Limit 9d082000 Call 0
Priority 13 BasePriority 7 PriorityDecrement 6 IoPriority 2 PagePriority 5