KR20100035394A - 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 관리장치는 정보를 생성하는 정보생성 프로세스와 상기 생성된 정보를 소비하는 정보소비 프로세스가 서로 공유하며 상기 공유하는 정보를 저장하는 공유 큐의 상태에 기초하여 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수나 정보할당단위를 조정한다. 이에 따라, 정보소비 프로세스가 사용하는 작업 큐의 접근을 적절히 제한함으로써, 멀티코어나 멀티프로세서 환경에서 멀티 프로세싱을 효율적으로 수행할 수 있다.
멀티코어, 멀티프로세서, 프로세스, 메모리

Description

멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치 및 그 방법 {Memory managing apparatus and method in parallel processing}
본 발명의 일 양상에 따른 기술분야는 멀티 프로세싱에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치 및 그 방법에 관한 것이다.
멀티코어(multicore)나 멀티프로세서(multiprocessor)가 존재하는 멀티 프로세싱 환경에서, 각각의 코어나 프로세서에 할당되는 프로세스(process)나 쓰레드(thread)들은 큐(queue)와 같은 메모리를 서로 공유하면서 작업 큐에 저장된 정보를 처리하게 된다.
멀티 프로세싱 환경에서는 어떤 작업(workload)을 수행하는데 있어 다수의 프로세스(process)가 존재할 수 있다. 이들 프로세스 중에는 작업을 수행하면서 정보를 생성하는 정보생성 프로세스(producer process)도 있고, 작업을 수행하면서 정보를 소비하는 정보소비 프로세스(consumer process)가 있다. 예를 들어, 비디오 디코더를 멀티 프로세스로 구현하는 경우, 가변장 디코딩(variable length decoding)을 수행하는 프로세스는 정보생성 프로세스에 해당되고, 매크로블록(macroblock)들을 처리하는 프로세스는 정보소비 프로세스에 해당된다.
이와 같이 정보생성 프로세스와 정보소비 프로세스가 함께 동작하도록 하는 producer-consumer 형태의 작업 처리시, 정보생성 프로세스와 정보소비 프로세스가 공유하는 작업 큐를 효율적으로 활용할 수 있도록 하여, 전체적인 작업 효율(performance)을 높이는 것이 중요하다.
그러나, 종래에는 멀티 프로세싱 환경에서 작업 효율을 높이기 위해 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 일방적으로 늘려 처리속도를 높이고자 하는 경우가 있다. 그러나, 작업 큐의 상태를 확인하지 않고 일방적으로 프로세스에 할당된 프로세서의 수만 늘이는 경우 다른 프로세스에 할당될 수 있는 작업 큐 접근시간이 줄어들어 오히려 전체 작업 효율이 저하될 수 있다. 이에 따라 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 일정한 수로 제한하거나 미리 결정하는 경우도 있으나 이 또한 작업의 특성과 무관하게 일정한 수의 프로세서를 사용하도록 함으로써 작업의 특성을 반영하지는 못한다.
따라서, 본 발명의 일 양상에 따라, 멀티코어나 멀티프로세서와 같은 멀티 프로세싱 환경에서의 메모리 관리장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치는, 정보를 생성하는 제1프로세스와 상기 생성된 정보를 소비하는 적어도 하나의 제2프로세스가 서로 공유하며, 상기 공유하는 정보를 저장하는 공유 큐; 및 상기 공유 큐의 상 태에 기초하여 상기 적어도 하나의 제2프로세스를 관리하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 공유 큐의 상태에 기초하여 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 개수를 조정하거나, 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 조정한다.
또한, 본 발명의 다른 양상에 따른 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리방법은, 정보를 생성하는 제1프로세스와 상기 생성된 정보를 소비하는 적어도 하나의 제2프로세스가 서로 공유하며, 상기 공유되는 정보를 저장하는 공유 큐의 길이 또는 길이의 변동분을 파악하는 단계; 및 상기 파악된 공유 큐 길이 상태에 기초하여 상기 제2프로세스를 관리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 정보소비 프로세스가 사용하는 작업 큐의 접근을 적절히 제한함으로써, 멀티코어나 멀티프로세서 환경에서 멀티 프로세싱을 효율적으로 수행할 수 있다.
그리고, 불필요한 프로세서는 쉬게 함으로써 전체 사용전력도 감소시킬 수 있다. 또한, 처리작업이나 사용되는 정보의 특성에 따라 적응적으로 프로세서의 할당을 조정하므로 작업수행에 앞서 미리 프로세서의 수나 정보의 할당정도를 설정할 필요가 없다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 관리장치의 구성도이다.
메모리 관리장치는 공유 큐(shared queue)(110) 및 제어부(140)를 포함하며, 제어부(140)는 큐 상태 감시부(142)와 프로세스 조정부(144)를 더 포함한다.
공유 큐(110)는 정보를 생성하는 정보생성 프로세스(producer process)(120)와 생성된 정보를 소비하는 다수의 정보소비 프로세스(consumer process)(130)에 의해 서로 공유된다. 작업 과정에서 정보생성 프로세스(120)에 의해 만들어진 정보는 공유 큐(110)에 저장되고, 이렇게 저장된 정보는 정보소비 프로세스(130)에 의해 읽혀져 처리된다. 정보생성 프로세스(120)는 공유 큐에 정보를 저장하는 위치를 나타내는 쓰기 포인터가 지시하는 위치에 순서대로 정보를 저장한다. 그리고 정보소비 프로세스(130)는 공유 큐에서 정보를 읽는 위치를 나타내는 읽기 포인터가 지시하는 위치에서 정보를 순서대로 읽어 간다. 따라서, 공유 큐(110)의 길이는 정보생성 프로세스(120)에 의해 생성되는 정보의 수와 정보소비 프로세스(130)에 의해 소비되는 정보의 수에 따라 가변된다.
예를 들어 정보생성 프로세스(120)가 10개의 정보를 생성하고 정보소비 프로세스(130)가 4개의 정보를 소비하였다면 공유 큐(110)의 길이는 6이 된다. 따라서 공유 큐(110)의 길이는 정보생성 프로세스(120)가 정보를 생성하는 속도와 정보소비 프로세스(130)가 정보를 소비하는 속도에 따라 가변된다. 한편, 정보소비 프로세스(130)는 복수개의 프로세서(132, 134, 136)가 할당되어 동작할 수 있다.
제어부(140)는 공유 큐(110)의 상태에 기초하여 정보소비 프로세스(130)를 관리한다.
일예로, 제어부(140)는 공유 큐(110)의 상태에 기초하여 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 개수를 조정할 수 있다. 즉, 공유 큐(110)의 길이가 길어지면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 개수를 늘이고, 길이가 짧아지면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 개수를 줄인다. 다시 말하면 처리해야 할 정보가 공유 큐(110)에 쌓이면 이를 소비하는 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 증가시킨다.
따라서, 큐 상태 감시부(142)는 공유 큐(110)에서 처리되어야 하는 정보의 수에 따라 결정되는 공유 큐의 길이를 체크한다. 그리고, 프로세스 조정부(144)는 체크된 공유 큐의 길이가 일정한 상한값 이상이면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 증가시키고 일정한 하한값 이하이면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 감소시킨다. 상한값과 하한값은 여러가지 작업(workload)을 수행하여 최적의 성능이 나타나는 값을 평균값으로 하여 그보다 5%~30% 정도 위에 상한값을 설정하고 평균값보다 5%~30% 낮은 위치에 하한값을 설정할 수 있다. 이렇게 해서 정해진 수의 프로세서만 정보소비 프로세스(130) 작업에 참여하고, 그 외에 정보 처리를 수행하지 않는 프로세서들을 대기(sleep)시킴으로써 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
한편, 공유 큐의 길이가 아니라 공유 큐의 길이의 변화량을 가지고 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 개수를 조정할 수도 있다. 다시 말하면, 프로세스 조정부(144)는 체크된 공유 큐의 이동평균(moving average)을 계산하여 공유 큐 길이의 변화량을 측정한다. 이 변화량이 지속적으로 증가하면 정보소비 프로세 스(130)에 할당된 프로세서의 수를 증가시키고, 지속적으로 감소하면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 감소시킨다.
다른 일예로, 제어부(140)는 공유 큐(110)의 상태에 기초하여 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 조정할 수 있다. 즉, 공유 큐(110)의 길이가 길면 정보소비 프로세스(130)에 전달할 정보의 할당단위를 작게 하고, 길이가 짧아지면 정보소비 프로세스(130)에 전달할 정보의 할당단위를 크게 한다. 예를 들어, 공유 큐(110)에 저장된 정보, 즉 엔트리(entry)들을 바로바로 정보소비 프로세스(130)에서 읽어가 처리하는 것이 아니라, 일정한 할당단위가 될 때까지 기다렸다가 그 단위가 되면 정보소비 프로세스(130)에서 처리하는 것이다.
다시 말하면, 공유 큐(110)에 정보가 적은 개수만 쌓여도 바로 정보소비 프로세스(130)가 처리하게 하거나, 일정한 정도 쌓일 때까지 기다렸다가 처리하도록 정보의 할당단위를 제어한다.
따라서, 큐 상태 감시부(142)는 공유 큐(110)에서 처리되어야 하는 정보의 수에 따라 결정되는 공유 큐의 길이를 체크한다. 그리고, 프로세스 조정부(144)는 체크된 공유 큐의 길이가 특정한 상한값 이상이면 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시키고, 특정한 하한값 이하이면 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시킨다.
다시 말하면, 공유 큐(110)에 남은 엔트리(entry)의 크기가 현재 할당단위가 될 때까지 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서들은 휴지(sleep) 상태로 들어가도록 하여 정보생산 프로세스(120)가 메모리를 보다 원활하게 액세스 할 수 있도록 한다. 그리고 이에 따라 불필요한 프로세서를 쉬게 하여 전력 소비도 줄일 수 있다. 또한, 할당단위를 조정함으로써 정보소비 프로세스의 휴지 상태 지속여부를 조정하여 정보생산 프로세스(120)가 메모리를 보다 원활하게 액세스 할 수 있도록 한다.
한편, 공유 큐의 길이가 아니라 공유 큐의 길이의 변화량을 가지고 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 조정할 수도 있다. 따라서, 프로세스 조정부(144)는 체크된 공유 큐의 이동평균(moving average)을 계산하여 공유 큐 길이의 변화량이 지속적으로 증가하면 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시키고, 지속적으로 감소하면 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시킨다.
도 2a 및 도 2b는 공유 큐의 길이에 따라 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 조정하는 것을 설명하기 위한 참조도이다.
도 2a를 참조하면, 최초에 공유 큐의 길이가 상한값 이상이므로 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 증가시키다가, 하한값 이하로 떨어지면 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 감소시킴을 알 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 최적의 수로 조정한다.
그리고 도 2b를 참조하면, 공유 큐 길이의 변동분이 0보다 작으면 즉, 정보생산 프로세스가 생산하는 정보보다 정보소비 프로세스가 소비하는 정보가 더 많아 공유 큐의 길이가 계속 감소하는 경우에는 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 감소시키고, 정보생산 프로세스가 생산하는 정보보다 정보소비 프로세스가 소 비하는 정보가 더 적어 공유 큐의 길이가 계속 증가하는 경우에는 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 증가시킴을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 관리방법의 플로우차트이다.
정보를 생성하는 정보생산 프로세스와 이렇게 생성된 정보를 소비하는 다수의 정보소비 프로세스가 서로 공유하며, 공유하는 정보를 저장하는 공유 큐의 길이 또는 길이의 변동분을 파악한다(S310).
그리고, 파악된 공유 큐의 상태에 기초하여 정보소비 프로세스를 관리한다. 보다 구체적으로는, 프로세스가 공유 큐를 더 이상 접근할 수 없을 정도로 메모리 대역이 포화상태인지의 여부를 판단한다(S320). 그리고, 메모리 대역이 포화상태이면, 즉 공유 큐의 길이가 일정한 하한값 이하이면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 감소시키거나, 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시킨다(S330). 한편, 전술한 바와 같이 공유 큐의 길이가 아니라 공유 큐의 길이의 변화량이 음인 경우에도 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 증가시키거나, 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시킬 수도 있다.
메모리 대역이 포화되어 있지 않으면 다음으로 공유 큐를 관찰하여 메모리 대역이 여유있는 상태인지의 여부를 판단한다(S340). 여유있는 상태이면, 즉 공유 큐의 길이가 일정한 상한값 이상이면 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 증가시키거나, 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시킨다(S350). 한편, 공유 큐의 길이가 아니라 공유 큐의 길이의 변화량이 양 인 경우에도 정보소비 프로세스(130)에 할당된 프로세서의 수를 감소시키거나, 정보소비 프로세스(130)에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시킬 수도 있다.
다음으로, 정보생산 프로세스가 정지했는지의 여부를 더 판단하여(S360), 정보생산 프로세스가 정지하였으면 종료하고, 그렇지 않으면 다시 처음 단계(S310)으로 돌아가 공유 큐의 상태를 파악한다.
도 4는 공유 큐의 길이에 따라 정보소비 프로세스에 할당되는 정보할당단위의 크기를 조정하는 것을 설명하기 위한 참조도이다.
도 4를 참조하면, 최초에 공유 큐의 길이가 상한값 이상이므로 정보소비 프로세스에 할당되는 정보 할당단위의 크기를 감소시키다가, 하한값 이하로 떨어지면 정보소비 프로세스에 할당되는 정보 할당단위의 크기를 증가시킴을 알 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 정보소비 프로세스에 할당되는 정보 할당단위의 크기를 조정한다.
이제까지 본 발명의 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 관리장치의 구성도,
도 2a 및 도 2b는 공유 큐의 길이에 따라 정보소비 프로세스에 할당된 프로세서의 수를 조정하는 것을 설명하기 위한 참조도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 관리방법의 플로우차트,
도 4는 공유 큐의 길이에 따라 정보소비 프로세스에 할당되는 정보할당단위의 크기를 조정하는 것을 설명하기 위한 참조도,
<도면의 주요부분에 대한 설명>
110 : 공유 큐 120 : 정보생산 프로세스
130 : 정보소비 프로세스 140 : 제어부
142 : 큐 상태 감시부 144 : 프로세스 조정부

Claims (12)

  1. 정보를 생성하는 제1프로세스와 상기 생성된 정보를 소비하는 적어도 하나의 제2프로세스가 서로 공유하며, 상기 공유하는 정보를 저장하는 공유 큐; 및
    상기 공유 큐의 상태에 기초하여 상기 적어도 하나의 제2프로세스를 관리하는 제어부를 포함하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 공유 큐의 상태에 기초하여 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 개수를 조정하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 공유 큐에서 처리되어야 하는 정보의 수에 따라 결정되는 공유 큐의 길이를 체크하는 큐 상태 감시부; 및
    상기 체크된 공유 큐의 길이가 소정의 상한값 이상이면 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 수를 증가시키고 소정의 하한값 이하이면 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 수를 감소시키는 프로세스 조정부를 포함하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로세스 조정부는
    상기 체크된 공유 큐의 이동평균(moving average)을 계산하여 공유 큐 길이의 변화량이 지속적으로 증가하면 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 수를 증가시키고, 지속적으로 감소하면 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 수를 감소시키는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 공유 큐의 상태에 기초하여 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 조정하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 공유 큐에서 처리되어야 하는 정보의 수에 따라 결정되는 공유 큐의 길이를 체크하는 큐 상태 감시부; 및
    상기 체크된 공유 큐의 길이가 소정의 상한값 이상이면 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시키고, 소정의 하한값 이하이면 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시키는 프로세스 조정부를 포함하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로세스 조정부는
    상기 체크된 공유 큐의 이동평균(moving average)을 계산하여 공유 큐 길이의 변화량이 지속적으로 증가하면 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시키고, 지속적으로 감소하면 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시키는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리장치.
  8. 정보를 생성하는 제1프로세스와 상기 생성된 정보를 소비하는 적어도 하나의 제2프로세스가 서로 공유하며, 상기 공유되는 정보를 저장하는 공유 큐의 길이 또는 길이의 변동분을 파악하는 단계; 및
    상기 파악된 공유 큐 길이 상태에 기초하여 상기 제2프로세스를 관리하는 단계를 포함하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2프로세스 관리단계는
    상기 공유 큐의 상태에 기초하여 상기 제2프로세스의 개수를 조정하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2프로세스 관리단계는
    상기 공유 큐에서 처리되어야 하는 유효 정보의 수에 따라 결정되는 공유 큐의 길이를 체크하여, 상기 체크된 공유 큐의 길이가 소정의 상한값 이상이면 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 수를 증가시키고 소정의 하한값 이하이면 상기 제2프로세스에 할당된 프로세서의 수를 감소시키는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2프로세스 관리단계는
    상기 공유 큐의 상태에 기초하여 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 조정하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2프로세스 관리단계는
    상기 공유 큐에서 처리되어야 하는 유효 정보의 수에 따라 결정되는 공유 큐의 길이를 체크하여, 상기 체크된 공유 큐의 길이가 소정의 상한값 이상이면 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 감소시키고, 소정의 하한값 이하이면 상기 제2프로세스에서 소비할 정보의 할당단위의 크기를 증가시키는 프로세스 조정부를 포함하는 멀티 프로세싱에서의 메모리 관리방법.
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