KR20020087662A - 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 방법 - Google Patents

멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법에 관한 것으로, 데이터의 입출력을 독립적으로 수행하고, 수행 결과 및 종류를 독립적으로 응용서버에 전송하는 다수개의 스레드를 생성하는 단계와, 네트워크에 접속한 사용자의 요구에 따라 입출력 데이터를 버퍼에 저장하는 단계와, 상기에서 생성된 다수개의 스레드 중 유휴상태에 있는 스레드들이 상기 버퍼에 저장되어 있는 입출력 데이터를 감지하는 단계와, 상기에서 유휴상태에 있는 스레드 중 먼저 입출력 데이터를 감지한 스레드가 입출력 데이터를 처리하는 단계와, 상기에서 입출력 데이터를 처리한 스레드는 다시 유휴상태의 스레드로 복귀하는 단계로 이루어져, 네트워크에 접속한 다수의 사용자에 의해 요구되는 입출력 데이터를 미리 생성되어 있는 다수개의 스레드가 처리한 후 입출력이 완료된 시점에서 스레드가 응용서버에 통지하여 입출력이 진행되고 있는 동안에도 응용서버가 다른 작업을 할 수 있도록 함으로써 CPU의 성능을 향상시키고, 동시사용자가 많아질때 발생하는 병목현상을 감소시킬 수 있다.

Description

멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 방법{method for decreasing network bottleneck through Multi-thread}
본 발명은 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 네트워크에 접속한 사용자의 입출력 요청을 미리 생성된 다수개의 스레드를 이용하여 처리하게 하고, 입출력이 진행되고 있는 동안에도 다른 작업을 할 수 있도록 함으로써 CPU의 성능을 향상시키는 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법에 관한 것이다.
일반적으로 네트워크는 컴퓨터를 통신망으로 상호 연결하여 소프트웨어나 데이터베이스를 공유하도록 함으로써 컴퓨터의 효율적인 이용을 목적으로 하거나, 대형 컴퓨터를 원격지에서 이용하기 위한 방법으로 여러 가지 통신망을 구성한다.
특히, 통신망을 통해 수많은 컴퓨터들이 서로간의 정보를 주고 받고 있으며, 이러한 데이터들을 패킷(Packet)이라고 한다.
상기 패킷을 구분하기 위하여 여러가지 프로토콜(Protocol)을 확립하였는데 가장 대표적인 규약이 TCP/IP 프로토콜이다.
상기 TCP/IP 프로토콜을 활용한 통신 기술은 끊임없이 개선되고 발전되어왔지만 최근 부쩍 사용이 증가된 초고속 통신망으로 인하여 데이터 통신을 담당하는 서버의 과부하가 심각한 문제로 대두되었다.
즉, 상기 TCP/IP 통신의 경우 동시 사용자가 많아질때 과다한 병목현상이 발생하여 데이터를 고속으로 처리하지 못하거나 오류가 생기게 된다.
또한, CPU는 요청된 작업을 순차적으로 처리할 수 밖에 없는 구조이며 어떤 작업을 처리하는데 있어서 상당한 시간을 필요로 하는 경우 다른 프로세서는 멈추어 있을 수 밖에 없다.
CPU 내에서의 하드웨어의 효율을 향상시키기 위한 또다른 기술은프로세스(Process)를 스레드(Thread)로 일컬어지는 독립적으로 실행 가능한 명령 시퀀스들로 분할하는 것이다.
이 기술은 큰 프로세서를 각기 다른 프로세서들에 의해 독립적으로 실행될 수있도록 작은 여러개의 스레드로 분할하는 것이다.
이러한 CPU의 자원 낭비를 막기위한 개념으로 도입된 스레드는 시간분할(Time Sharing) 기술을 이용하여 스레드 작업단위로 일을 나누어서 처리하여 동시에 여러 가지 일을 수행할 수 있도록 해준다.
그러나, 과도한 스레드의 사용은 빈번한 스레드 데스킹(Thread Tasking)을 유발하여 오히려 시스템의 성능을 저하시킨다.
특히, 수많은 데이터를 처리하고 가공하는데 있어서 데이터베이스는 없어서는 안될 존재이며, 상기 데이터베이스를 어떻게 처리하느냐에 따라 시스템의 성능에 중요한 영향을 미친다.
상기 데이터베이스의 일반적인 처리방식은 요청된 작업이 동시에 처리되지 않고 먼저 요청된 작업이 완료되기 전까지 다른 작업이 대기하는 것으로 작업의 순서에 따라 하나씩 차례대로 작업이 수행된다.
따라서, 일반적인 처리방식으로 데이터베이스를 처리할 경우 데이터베이스의 응답시간이 늦어지고 성능이 많이 떨어지게 된다.
본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 미리생성된 다수개의 스레드에서 경쟁적으로 입출력을 처리하고,그동안 응용프로그램(Application program)은 다른 작업을 할 수 있게 하여 CPU의 성능을 향상시키고, 동시사용자가 많아질때 발생하는 과다한 병목현상을 감소시키기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법을 구현하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 멀티 스레드를 이용한 데이터베이스 처리 방법을 도시한 개념도이다.
도 4는 상기 도3의 멀티 스레드를 이용한 데이터베이스 처리 방법을 도시한 순서도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 네트워크 하드웨어 20 : 운영시스템
30 : 응용서버
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.
데이터의 입출력을 독립적으로 수행하고, 수행 결과 및 종류를 독립적으로 응용서버에 전송하는 다수개의 스레드를 생성하는 단계와,
네트워크에 접속한 사용자의 요구에 따라 입출력 데이터를 버퍼에 저장하는 단계와,
상기에서 생성된 다수개의 스레드 중 유휴상태에 있는 스레드들이 상기 버퍼에 저장되어 있는 입출력 데이터를 감지하는 단계와,
상기에서 유휴상태에 있는 스레드 중 먼저 입출력 데이터를 감지한 스레드가 입출력 데이터를 처리하는 단계와,
상기에서 입출력 데이터를 처리한 스레드는 다시 유휴상태의 스레드로 복귀하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.
데이터베이스 작업 처리를 독립적으로 수행하며, 해당 수행 결과 및 종류를 독립적으로 응용서버에 통보하는 다수개의 데이터베이스 스레드를 생성하는 단계와,
큐에 대기중인 데이터베이스 작업 데이터가 존재하는지를 판단하는 단계와,
상기에서 대기중인 데이터베이스 작업 데이터가 큐에 존재하면 상기에서 생성된 스레드 중 유휴상태의 데이터베이스 스레드가 데이터베이스 작업을 먼저 처리하기 위해 서로 경쟁하는 단계와,
상기에서 유휴상태의 데이터베이스 스레드 중 큐에 대기중인 데이터베이스 작업 데이터에 먼저 접근한 데이터베이스 스레드가 데이터베이스 작업을 처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
<제 1실시예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법을 구현하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 시스템은 네트워크 하드웨어부(10)와, 운영시스템부(20)와, 응용서버(30)로 이루어져 있다.
네트워크 하드웨어(10)는 접속이 이루어진 다수의 사용자로 부터 입출력 요청이 있으면 이를 감지하여 그에 해당하는 IRP(Interrupt Request Packet)를 출력한다.
네트워크 운영시스템(20)는 윈도우 NT, 윈도우 2000등과 같이 마이크로 소프트사에서 제공하는 서브 운영 시스템으로 상기 네트워크 하드웨어(10)에서 출력하는 IRP를 감지하여 I/O 디바이스 드라이브(21)에게 입출력을 통보하고, 상기 I/O 디바이스 드라이브(21)의 내부 버퍼(미도시)에 입출력 데이터들을 쌓아둔 후 입출력 작업을 수행한다.
상기 I/O 디아이스 드라이브(21) 내부에는 멀티 스레드 작업을 가능하게 하는 입출력 포트인 IOCP(23)가 내장되어 있으며, 이 IOCP(23)는 내부적으로 입출력 데이터를 저장할 수 있는 버퍼(Status Que Buffer, 미도시)를 내장하고 있다.
특히, 상기 IOCP(23)에서의 스레드(31)는 프로세스 보다 세분화된 실행의 단위로 데이터의 입출력을 독립적으로 수행하며, 수행 결과 및 수행 종류를 독립적으로 응용서버(30)에 통보한다.
또한 상기 스레드(31)는 단순히 입출력의 완료상태를 알려주기만 하는 것이 아니라 암호화 또는 압축된 데이터를 인코딩/디코딩하여 데이터의 입출력이 이루어지는 동안 응용서버(30)가 다른 작업이 가능하도록 만들어 준다.
응용서버(30)는 상기 디바이스 드라이브의 IOPC(23)의 상태를 감지하여 미리 생성된 다수개의 스레드 중 유휴상태에 있는 스레드를 작동시켜 입출력 된 데이터를 처리하고, 상기 네트워크 하드웨어를 통해 들어오는 데이터베이스 관련 요구 사항들을 수행할 응용프로그램(Application)이 내장되어 있다.
예를들면, 상기 IOCP(23)는 네트워크에 접속한 다수의 사용자가 요구한 입출력이 완료된 시점에서 상기 IOCP(23)에 내장되어 있는 버퍼에 모든 입출력이 누적되는데, 상기 응용서버(30)가 IOCP(23(의 상태를 감지하여 각각의 스레드가 작동될 때는 이미 해당 입출력이 완료된다.
따라서, 다수의 사용자가 요구한 데이터의 입출력이 상기 네트워크 운영시스템(20)의 커널 차원에서 백그라운더(Background)로 수행되기 때문에 응용서버(30)는 그만큼 적은 부하를 받게 된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 시스템의 동작방법을 도 2와 같이 설명하면 다음과 같다.
먼저, 다수의 사용자가 네트워크에 접속하여 자신이 원하는 데이터의 입출력을 요청하면(스텝 110), 네트워크 하드웨어(10)는 이를 감지하여 그에 해당하는 IRP을 네트워크 운영시스템(20)에 전송한다(스텝 120).
스텝 110에서 IRP가 전송되면 네트워크 운영시스템(20)는 I/O 디바이스 드라이브(21)에 입출력을 통보하고, 입출력을 통보받은 상기 I/O 디바이스 드라이브(21)는 내부적으로 입출력 데이터들을 버퍼에 저장한다(스텝 130).
이때, 응용서버(30)는 상기 I/O 디바이스 드라이브(21)의 IOCP(23) 상태를 감지한 다음, 미리 생성되어 있는 다수개의 스레드(31) 중 유휴상태에 있는 스레드를 선택하여 상기 I/O 디바이스 드라이브(21)의 버퍼에 저장되어 있는 입출력 데이터를 처리하게 한다(스텝 140).
상기 스레드(31)는 2개 내지 8개를 형성시키는 것이 바람직하며, 이렇게 형성된 스레드가 모든 입출력 이벤트를 담당하게 되며, 실제로 8개의 스레드가 모두 사용되는 극한의 상황은 드물기 때문에 8개의 스레도로도 충분히 모든 상황에 대처할 수 있다.
이후, 응용서버(30)는 스레드(31)가 입출력 데이터를 처리하여 입출력이 완료되었는지를 판단한다(스텝 150).
스텝 150에서 스레드의 입출력 데이터 처리가 완료되었다고 판단되면 스레드(31)는 입출력 완료 상태를 응용서버(30)에 통지하고(스텝 160), 스레드 자신은 다시 유휴상태로 복귀하게 된다(스텝 160).
따라서, 네트워크에 접속한 다수의 사용자에 의해 요구되는 입출력 데이터를 IOCP를 이용한 다수개의 스레드가 입출력 데이터를 처리한 다음, 입출력 완료 상태를 입출력이 완료된 시점에서 스레드가 응용서버(30)에 통지하므로 입출력이 진행되고 있는 동안 응용서버(30)는 다른 작업을 할 수 있으며, 스레드로 부터 입출력 완료 통보를 받으면 그에 따른 적절한 처리만 수행하면 된다.
<제 2실시예>
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 멀티 스레드를 이용한 데이터베이스 처리 방법을 도시한 개념도이다.
도 4는 상기 도3의 멀티 스레드를 이용한 데이터베이스 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 처리할 데이터 베이스 작업들을 내부적으로 구현한 데이터가 버퍼인 데이터베이스 프로세서 큐(110)에 저장되고, 상기 큐(110)에 저장되어 있는 데이터는 선입력된 데이터가 선출력되는 폴리방식으로 입출력된다.
이때, 데이터베이스 작업 처리를 독립적으로 수행하며, 해당 수행결과 및 수행종류를 독립적으로 응용서버(130)에 통보하는 다수개의 데이터베이스 스레드(120) 중 유휴 상태에 있는 스레드는 폴링방식으로 출력되는 데이터베이스의 작업을 경쟁적으로 처리한다.
즉, 상기 큐(110)에 대기중인 데이터베이스 작업이 존재하는 경우 유휴상태에 있는 스레드는 일련의 데이터베이스 작업을 지정된 순서에 의해 처리하는 것이 아니라 상기 큐(110)에 대기중인 데이터베이스 작업을 먼저 감지한 스레드가 무작위로 데이터베이스 작업을 처리하게 된다.
상기 데이터베이스 스레드(120)는 상기 큐(110)에 저장되는 처리할 데이터베이스의 작업에 따라 각각 다를 수 있으나 일반적으로 8개의 스레드를 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 멀티 스레드를 이용한 데이터베이스 처리 방법을 도 4와 같이 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 데이터베이스 작업 처리를 독립적으로 수행하며, 해당 수행결과 및 수행종류를 독립적으로 응용서버(130)에 통보하는 다수개의 데이터베이스 스레드(120)를 생성한다(스텝 210).
상기 스텝 210에서 생성된 다수개의 데이터베이스 스레드(120)는 처리할 데이터베이스 작업들을 내부적으로 구현한 큐(110)의 상태를 감시하여(스텝 220), 상기 큐(110)에 대기중인 데이터베이스 작업이 존재하는지를 판단한다(스텝 230).
상기 스텝 230에서 큐(110)에 대기중인 데이터베이스 작업이 존재하면 생성된 데이터베이스 스레드 중 유휴상태의 데이터베이스 스레드는 상기 큐(110)에 저장되어 있는 데이터베이스 작업을 먼저 처리하기 위해 상호 경쟁을 하게된다(스텝 240).
상기 스텝 240에서 먼저 상기 큐(110)에 대기중인 데이터베이스 작업에 접근(Access)한 데이터베이스 스레드가 데이터베이스 작업을 처리한다(스텝 250).
상기 스텝 230에서 상기 큐(110)에 대기중인 데이터베이스 작업이 존재하지 않으면 데이터베이스 스레드(120)는 작업을 일시 중단하는 서스팬드 모드(Suspend Mode)로 작동된다(스텝 260).
이후, 상기 스텝 260에서 데이터베이스 스레드(120)가 서스팬드 모드로 작동되는 시간이 일정시간, 예를들면 약 5분이 경과되었는지를 판단하여(스텝 270), 서스팬드 모드로 작동되는 시간이 설정된 시간을 초과하면 데이터베이스 스레드(120)는 자동으로 데이터베이스와의 접속을 끊는다(스텝 280).
상기와 같이 멀티 스레드를 이용하여 데이터베이스를 처리하면 종래의 순차적인 데이터베이스의 처리에 비해 표1과 같이 초당 데이터베이스의 작업처리를 현저하게 향상시킬 수 있다.
표1
구현방식 초당 DB처리 건수
순차처리 16건
멀티 스레드 120건
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 네트워크에 접속한 다수의 사용자가요구하는 입출력 데이터를 미리 생성되어 있는 다수개의 스레드가 처리한 후 입출력이 완료된 시점에서 스레드가 응용서버에 통지하여 입출력이 진행되고 있는 동안에도 응용서버가 다른 작업을 할 수 있도록 함으로써 CPU의 성능을 향상시키고, 동시사용자가 많아질때 발생하는 병목현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 큐에 대기중이 데이터베이스 작업을 미리 생성된 다수개의 데이터베이스 스레드가 경쟁적으로 처리함으로써 순차적으로 데이터베이스를 처리하는 것과 비교하여 초당 데이터베이스의 처리 건수를 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 데이터의 입출력을 독립적으로 수행하고, 수행 결과 및 종류를 독립적으로 응용서버에 전송하는 다수개의 스레드를 생성하는 단계와,
    네트워크에 접속한 사용자의 요구에 따라 입출력 데이터를 버퍼에 저장하는 단계와,
    상기에서 생성된 다수개의 스레드 중 유휴상태에 있는 스레드들이 상기 버퍼에 저장되어 있는 입출력 데이터를 감지하는 단계와,
    상기에서 유휴상태에 있는 스레드 중 먼저 입출력 데이터를 감지한 스레드가 입출력 데이터를 처리하는 단계와,
    상기에서 입출력 데이터를 처리한 스레드는 다시 유휴상태의 스레드로 복귀하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 스레드는 2개 내지 8개 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 스레드를 이용한 네트워크의 병목현상 감소 방법.
  3. 데이터베이스 작업 처리를 독립적으로 수행하며, 해당 수행 결과 및 종류를 독립적으로 응용서버에 통보하는 다수개의 데이터베이스 스레드를 생성하는 단계와,
    큐에 대기중인 데이터베이스 작업 데이터가 존재하는지를 판단하는 단계와,
    상기에서 대기중인 데이터베이스 작업 데이터가 큐에 존재하면 상기에서 생성된 스레드 중 유휴상태의 데이터베이스 스레드가 데이터베이스 작업을 먼저 처리하기 위해 서로 경쟁하는 단계와,
    상기에서 유휴상태의 데이터베이스 스레드 중 큐에 대기중인 데이터베이스 작업 데이터에 먼저 접근한 데이터베이스 스레드가 데이터베이스 작업을 처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 스레드를 이용한 네트워크 병목현상 감소방법.
  4. 제 3항에 있어서, 큐에 대기중인 데이터베이스 작업이 존재하지 않으면 데이터베이스 스레드의 작업을 일시 중단하는 서스팬드 모드로 작동되는 단계를 포함하는 멀티 스레드를 이용한 네트워크 병목현상 감소 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 서스팬드 모드로 작동되는 상태가 설정시간을 경과하면 데이터베이스 스레드는 자동으로 데이터베이스와 접속을 끊는 단계를 포함하는 멀티 스레드를 이용한 네트워크 병목현상 감소 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 데이터베이스 스레드는 8개 형성되는 멀티 스레드를 이용한 네트워크 병목현상 감소 방법.
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