'C언어'에 해당되는 글 6건

  1. 2008.12.23 thread pooling
  2. 2008.12.23 Thread and Signal
  3. 2008.12.23 pthread_mutex_lock
  4. 2008.12.23 Pthread API Reference
  5. 2008.12.23 Red-black tree (1)
  6. 2008.12.23 [UNIX] 문자, 문자열 관련 함수
2008.12.23 14:01

JOINC.co.kr

쓰레드 풀 작성

Date: 2002/12/23

Topic: 시스템 프로그램

윤상배: dreamyun@yahoo.co.kr

 

 

쓰레드 풀은 연결/종료가 자주 일어나는 웹 서버와 같은 바쁜 서버에게 있어서 효율적인 클라이언트 연결 처리를 위해서 사용하는 프로그래밍 기법이다. 이번에는 쓰레드 풀을 이용한 애플리케이션 제작 방법에 대해서 알아보도록 하겠다.

 

1절. Thread Pooling

 

1.1절. Thread Pooling 이란

 

pool의 사전적인 뜻을 찾아보면 연못, 저수지, 수영장 풀 등 "무엇을 담아놓는"의 뜻을 가진다. 이대로 해석하자면 Thread Pooling이란 쓰레드를 담아 놓는 용기(메모리가 될 것이다)를 뜻하며, 프로그래밍 측면에서 해석하자면, "미리 쓰레드를 할당시켜 놓는 기법"을 뜻한다.

 

그렇다면 쓰레드를 미리 할당시켜 놓는 이유에 대해서 생각해보자, 지금까지 이 사이트에서 다루었던 쓰레드 프로그래밍 기법은 기본적으로 fork 방식과 매우 비슷하며, 쓰레드를 생성시켜야 될 필요가 있을 때 pthread_create(3) 등의 함수를 이용하여 새로운 작업 쓰레드를 생성시키는 방식을 사용했다. 보통 쓰레드 프로그래밍은 네트웍 프로그래밍시 주로 사용됨으로 accept(2)로 연결을 기다리다가 연결이 만들어지면 accept에서 넘어온 소켓 지시자를 인자로 하는 쓰레드를 생성했다.

 

이러한 방식 - 요청이 있을 때 쓰레드를 생성시키는 - 의 쓰레드 프로그래밍 기법은 대부분의 작업을 처리하기에 충분히 효율적이며, 빠르긴하지만 클라이언트로부터의 연결과 종료가 매우 바쁘게 일어나는 서버의 경우, 계속적으로 쓰레드를 생성하고 종료해야 하는 비용을 무시할 수 없게 된다. 쓰레드가 비록 fork()에 비해서 생성과 소멸시에 훨씬 적은 비용을 소모한다고는 하지만, 이건 어디까지나 상대적인 것으로 실상은 꽤 많은 시간과 비용을 소비하는 작업이다. 특히 Linux에서의 Pthread의 경우 clone(2)을 이용한 구현임으로 더욱더 많은 비용을 소비하게 된다.

 

Thread Pooling은 이러한 반복적인 쓰레드의 생성/소멸에 의한 비효율적인 측면을 없애고자 하는 목적으로 만들어진 프로그래밍 기법이다.

 

1.1.1절. Thread Pool의 구현방식

 

개념적으로 보자면 Thread Pool을 구성하는 건 매우 간단하다. 생성하고자 하는 크기만큼 ptread_create 함수를 돌리면 되기 때문이다.

 

하지만 이건 어디까지나 개념적인 것으로 대부분의 경우 각각의 쓰레드를 스케쥴링 해주어야 함으로, 때에 따라서는 구현을 위해서 매우 복잡한 프로그래밍 기법을 동원해야 할 때도 있다. 간단히 웹 서버를 Thread Pool로 구현한다고 가정을 해보자. - 보통 웹 서버는 HTTP의 특성상 연결/종료가 빈번하게 일어 남으로 쓰레드 풀을 사용할 경우 많은 이익을 얻을 수 있다 - 만약 100개의 Thread를 미리 생성시켰고, 각각의 Thread는 하나의 클라이언트 연결을 처리한다고 가정했을 때, main 쓰레드는 accept(2)를 통해서 클라이언트를 받아들였을 때, accept()로 만들어진 소켓 지정 번호를 미리 만들어진 100개의 쓰레드 중 "놀고" 있는 쓰레드에게 넘겨주어야 할 것이다. 그러기 위해서는 main 쓰레드에서 각각의 쓰레드 상태를 유지해서 적당한 쓰레드에게 파일 지정자를 넘겨줘야 할 것이다.

 

그나마 위의 경우는 하나의 쓰레드가 하나의 연결을 처리함으로 어렵지 않게 구현하겠지만, 만약 100개의 쓰레드가 있고, 거기에 각각의 쓰레드가 10개씩의 클라이언트 연결을 처리하도록 구성한다면, 거기에다가 적당한 로드 밸런싱 기능까지 포함시키고자 한다면, 구현이 꽤 복잡해 질 수도 있다.

 

위는 Thread Pool의 대략적인 구현 상태를 그림으로 나타낸 것이다. Thread Pool에 들어있는 각각의 쓰레드를 관리하기 위해서는 필수적으로 각각의 쓰레드의 상태를 가지고 있는 Schedul 자료 구조를 가지고 있어야 한다. 그래야만 MAIN THREAD에서 쓰레드 상태를 확인해서 적당한 쓰레드로 작업 분배가 가능할 것이기 때문이다. - 실제 Linux 커널도 각각의 task의 스케쥴링을 위해서 task 구조체를 유지한다. -

 

1.1.2절. 구현 프로세스

 

이제 구현 방식에 대한 밑그림이 나왔으니, 실제로 구현을 위한 프로세스를 만들어 보도록 하자.
프로세스는 슈도 코드로 구성을 하도록 하겠다. 네트웍 서버 작성을 기준으로 하겠다.

구현은 구현하는 프로그래머가 상황에 따라서 선택하기 나름이긴 하지만 보통은 위의 방법을 기본으로 해서, 약간의 변경을 가하는 정도가 될 것이다. 위의 슈도 코드를 보면 main 쓰레드에서 accept를 받으면 휴식 상태에 있는 쓰레드를 깨운다고 되어 있는데, 이때 깨우기 위해서는 쓰레드 조건 변수를 사용하면 될 것이다.

 

그렇다면 스케쥴 관련 자료 구조는 어떻게 구현하는게 쉬운 방법인지 생각해보도록 하자. 구현하는 방법은 프로그래머 맘이겠지만, 필자가 구현하고자 한다면 multimap을 이용해서 구현할 것이다. 이 자료 구조는 아마 다음과 같을 것이다.

멀티맵의 key는 쓰레드의 활성화 여부로 1 혹은 0이 된다. 그리고 value는 해당 쓰레드 정보가 될 것이다. 이렇게 멀티맵으로 만든 이유는 간단하다. 멀티맵은 정렬 연관 컨테이너임으로 key를 기준으로 자동적으로 정렬이 될 것이다. 만약 첫 번째 쓰레드가 처리 중(1)으로 변경되었다면 이 원소는 multimap의 가장 뒤로 정렬이 될 것이다. 그럼으로 우리는 클라이언트의 수가 총 연결 가능한 클라이언트 수(Thread Pool에 생성된 쓰레드 수)를 초과하지 않는 한 phinfo.begin()로 가져온 쓰레드는 휴식 상태(0)이라는 걸 믿을 수 있게 된다. 다시 말해서 복잡해서 쓰레드 상태가 0인지 1인지 처음부터 검사할 필요가 없다는 뜻이다.

 

사실 multimap을 쓴다면 굳이 "현재 연결된 클라이언트 수"를 유지하기 위해서 별도의 변수를 둘 필요가 없을 것이다. multimap에서 제공하는 count()를 이용해서 key가 "1" 인 요소의 수를 구하면 되기 때문이다. 만약 multimp의 begin() 값이 1이라면 MAX 클라이언트가 가득 찼다는 걸 의미할 것이다.

 

물론 multimap의 경우 기본적으로 key 값의 수정은 허용하지 않기 때문에 0을 1로 변경할 경우 실제로는 0을 가지는 요소를 삭제하고, 1을 가지는 새로운 요소를 삽입하는 방식을 취해야 할 것이다. 마찬가지로 클라이언트가 종료해서 1을 0으로 변경할 때에도 삭제/인서트를 해야할 것이다. Value(값)는 그대로 복사해서 삭제/인서트를 해야 한다.

 

이 방법이 번거롭다면, 그냥 배열을 쓰거나 혹은 다른 어떤 자료 구조를 쓰더라도 전혀 관계없기는 하다. 그건 자기의 기호에 맞게 선택해서 사용하면 될 문제이다.

 

1.2절. 예제

 

지금까지 Thread POOL의 구현 방법에 대해서 알아봤으니, 간단하게 구현해 보도록 하겠다. 이 코드는 지극히 기능 구현에만 신경쓴 코드이다. 에러 처리와 몇 군데 뮤텍스 잠금 처리는 각자의 재량에 맡기겠다.

 

예제 : pool_echo.cc

이 프로그램은 두 개의 인자를 받아들이며, 클라이언트의 입력을 되돌려 주는 일을 한다(echo 서버). 첫 번째 인자는 서비스 할 PORT 번호이고, 두 번째 인자는 쓰레드 생성 개수이다. 프로그램은 인자의 정보를 이용해서 PORT를 열고 클라이언트를 받아들인다. 클라이언트가 연결하면, Thread Pool에 남는 공간이 있는 지를 확인하고, 남는 공간이 있다면 클라이언트와 통신하게 된다.

 

단지 쓰레드를 미리 생성시키고 나서, 이것을 스케쥴링하기 위한 코드가 몇 줄 추가되었을 뿐 특별히 복잡한 코드는 아닐거라고 생각된다.

 

2절. 결론

 

이상 간단한 쓰레드 풀의 작성 요령에 대해서 알아보았다. 위에서 설명했듯이 쓰레드 풀이란 개념적인 요소에 가까움으로 어떻게 구현할 지는 상황에 따라서 매우 달라지게 되며, 위의 예제는 그러한 여러 가지 상황 중 가장 기본적인 상황을 예로 해서 만들어진 것이다. 어쨋든 위의 예제를 충분히 이해한다면 다른 상황으로의 응용 역시 별 어려움 없을 것이라고 생각된다.

 

쓰레드 풀은 보통 매우 효율적인 성능을 보장해주는 애플리케이션의 작성을 위해서 사용되어짐으로, 가능한 한 빠른 쓰레드 간 전환이 가능하도록 고민해서 코딩을 해야 한다. 위의 경우 쓰레드 간 전환을 위해서 multimap을 사용하고 있는데, accept가 들어왔을 경우 해당 클라이언트에 대한 쓰레드 할당은 매우 빠르다고 볼 수 있을 것이다. 그러나 종료할 경우에는 multimap의 첫 번째 원소부터 마지막 번 원소까지 search 해야 한다. 이것은 매우 비효율적임으로 개선할 여지가 있다. 가장 간단하게 생각할 수 있는 것은 multimap의 key 값이 1인 원소 내에서만 검색하는 것이다. 우리는 쓰레드 풀의 크기와 현재 연결된 클라이언트의 수를 알고 있음으로, multimap의 몇 번째 요소부터 key 값이 1인지를 계산해 낼수 있기 때문이다. 이렇게 할 경우 약간의 시간 단축 효과를 기대할 수 있을 것이다.

이 시간 단축 효과는 연결된 클라이언트의 수가 전체 POOL 사이즈에 비례해서 작을 수록 커질 것이다.

 

나머지 방법은 각자 고민을 해보기 바란다. 아마 전혀 다른 자료 구조를 사용할 수도 있을 것이다.

 

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Posted by 두장

JOINC.co.kr

쓰레드와 시그널

Date: 2003/10/27

Topic: 시스템 프로그램

윤상배: dreamyun@yahoo.co.kr

 

 

그렇잖아도 애매 모호한 쓰레드에 헷갈리는 시그널을 사용하고자 하면 여러 가지 애로 사항이 꽃피게 된다. 각 쓰레드별로 시그널이 전달되거나 전달되지 않도록 설정할 수 있어야 하기 때문인데, 개념적으로는 간단하지만 막상 적용하려면 그 과정이 머리에 그려지지 않기 때문이다.

 

1절. 쓰레드에서의 시그널 사용

 

쓰레드에서의 시그널 사용은 시그널에 대한 기본적인 이해만 가지고 있다면 약간의 응용으로 충분히 해결할 수 있는 문제이긴 하지만 범 유닉스적으로 응용하고자 한다면(특히 리눅스가 포함된다면) 운영체제 간 신경써줘야 할 문제가 있다. 이번 장에서는 쓰레드에서의 시그널을 이용하는 방법과 운영체제가 다름으로 인해 발생할 수 있는 문제들에 대해서 알아보도록 하겠다.

 

1.1절. 시그널을 특정 쓰레드로 보내기

 

쓰레드에서 시그널은 서로 공유된다는 걸 알고 있을 것이다. 문제는 공유된다는 점인데 만약 프로세스에 시그널을 보낼 경우 해당 프로세스에서 생성된 모든 쓰레드에 시그널이 전달이 되게 된다. 이것은 우리가 원하는게 아니다.

 

우리가 원하는 것은 특정 쓰레드에서만 시그널을 받도록 하는 것이다. 이러한 작업을 위해서 우리는 시그널 마스크를 사용한다. 시그널 마스크는 말 그대로 특정 시그널에 대해서 마스크를 씌우는 것으로 해당 쓰레드에서 특정 시그널에 대해서 마스크를 씌우면 마스킹된 시그널은 해당 쓰레드로 전달되지 않는다. 이 시그널을 받기를 원하는 쓰레드에서는 이 시그널에 대한 마스크를 제거시킨다. 그러면 블록되어 있는 시그널은 마스크가 제거된 쓰레드로 전달 될 것이다. 일종의 필터기다.

 

그림 1. 시그널 마스크의 작동원리

 

위의 그림은 시그널 마스크의 작동 원리를 보여준다. 메인 쓰레드에서는 SIGINT와 SIGUSR2에 대해서 시그널 마스크를 설치한다. 그리고 쓰레드 1에서는 SIGINT에 대한 마스크를 제거하고, 쓰레드 2에서는 SIGUSR2에 대한 마스크를 제거한다. 이렇게 되면 SIGINT가 메인 쓰레드에 도착했을 때 마스크 때문에 메인 쓰레드에는 도착하지 못하고 쓰레드 1로 전달될 것이다. SIGUSR2가 도착했을 경우 메인 쓰레드와 쓰레드 1에서는 마스크 때문에 전달되지 못하고 쓰레드 2로 시그널이 전달된다. 1.1.1절에서는 위의 작동 원리대로 구현된 예제 코드를 다루고 있다.

 

이러한 쓰레드별 시그널 마스킹을 위해서 pthread는 pthread_sigmask(3)라는 함수를 제공한다.

#include <pthread.h>
#include <signal.h>

 

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *newmask, sigset_t *oldmask);

 

이 함수는 현재 쓰레드에 시그널 newmask와 how를 이용해서 시그널 마스크를 만든다. how는 SIG_BLOCK, SIG_UNBLOCK, SIG_SETMASK 중 하나를 선택할 수 있다. SIG_BLOCK은 현재 설정된 시그널 마스크에 newmask를 추가하며 SIG_UNBLOCK은 현재 설정된 시그널 마스크에서 newmask를 제거하고 SIG_SETMASK는 newmask로 현재 시그널 마스크를 설정한다.

 

1.1.1절. 간단 예제

 

그럼 pthread_mask(3)를 이용한 간단한 예제를 만들어 보도록 하겠다. 코드는 여러분이 시그널과 쓰레드에 관한 최소한의 지식을 가지고 있다는 가정하에 작성될 것이며, 설명은 주석으로 대신하도록 하겠다.

 

예제 : th_signal.c

위 프로그램을 실행시킨 뒤 kill 명령으로 SIGINT와 SIGUSR2 시그널을 PID로 보내보면 해당 쓰레드로 시그널이 전달되고 시그널 핸들러가 실행되는 걸 확인할 수 있을 것이다.

 

1.2절. 쓰레드 간 시그널 전송

 

외부의 다른 프로세스에서 시그널을 발생시키는 것 외에도 같은 프로세스에서 작동하는 쓰레드 간에 시그널을 전송해야 하는 경우도 생길 것이다.

 

이러한 쓰레드 간 시그널 전송은 여러 가지 목적으로 사용할 수 있다. 일정 시간마다 특정 쓰레드에 시그널을 전송하므로써 쓰레드를 깨워서 코드를 실행시키게 한다거나 네트워크 애플리케이션에서 write, read에 타임아웃을 검사하는 용도로도 사용 가능하다.

 

네트워크 애플리케이션에서 스레드 간 시그널 전달을 통해 타임아웃을 검사한다는 생각은 좀 생소할 수도 있을 것 같다. 보통은 select나 alarm을 사용할 건데, 멀티 쓰레드 프로그램의 경우 alarm(2)의 사용은 사실상 어렵다고 볼 수 있다. 여러 개의 쓰레드에서 alarm(2)를 사용할 경우 단지 하나의 alarm(마지막 alarm 값)만이 등록되어서 사용할 수 있기 때문이다. 그렇다면 select를 사용해야 할 건데, select 대신에 전용의 시그널을 발생하는 쓰레드를 이용해서 사용할 수 있다.

 

read(2)를 예로 들어서 설명해 보자 read(2)를 하기 전에 특정 (전역) 값을 0으로 세팅하고 read를 수행한 후 1로 값을 변경하도록 한다. 그리고 타임아웃 체크를 위한 쓰레드에서는 타임아웃 시간 간격으로(sleep(2)를 이용하면 된다) 이 값을 검사한다. 만약 값이 0으로 세팅되어 있는 걸 확인 했는데, 다음 시간이 돌아온 뒤에도 이 값이 0이라면 read 영역에서 타임아웃이 발생했다고 판단 할 수 있을 것이다. 그러면 타임아웃이 발생한 쓰레드에 시그널을 전송하도록 한다. 쓰레드에 시그널을 전송하면 인터럽트가 발생하고 read에서 빠져나오게 된다.

if (read(..) < 0)
{
        // 만약 인터럽트로 인하여 빠져나온 거라면..
        if (errno == EINTR)
        {
                ...
        }
}

시그널 발생시 인터럽트가 전달되게 하려면 약간의 부가적인 작업이 필요한데, 이것은 소켓 타임아웃을 참고하기 바란다.

 

1.2.1절. 다른 쓰레드로 시그널 전송

 

이러한 쓰레드 간 시그널 전송을 위해서 pthread_kill(3)가 제공된다.

#include <pthread.h>
#include <signal.h>


int pthread_kill(pthread_t thread, int signo);

 

첫 번째 인자 thread는 시그널을 전달받을 쓰레드의 식별자이고 signo은 전달하고자 하는 시그널 번호이다. 보내는 쪽은 pthread_kill(3)을 이용해서 비교적 간단하게 구현이 가능하다.

 

1.2.2절. 시그널받기

 

시그널을 받는 쓰레드의 경우 동기와 비동기 두 가지 방식을 통해서 받을 수 있다. 동기 방식으로 받을 경우는 sigwait(3) 함수를 이용해서 시그널이 전달될 때까지 블록되면서 기다린다.

#include <pthread.h>
#include <signal.h>

 

int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);

 

이 함수는 시그널 set에 설정된 시그널 중 하나가 전달될 때까지 호출된 영역에서 대기한다. 시그널을 받았다면 리턴되고 전달 받은 시그널 번호는 sig를 통해서 넘어온다. 시그널을 기다린다는 특징을 이용해서 쓰레드 간 동기화를 위한 목적으로도 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

 

두 번째는 비동기적인 방식으로 코드 실행 중에 시그널이 전달되면 인터럽트가 걸리고 시그널 핸들러가 수행되는 방식이다. 일반적인 시그널 사용 방식과 동일하다.

 

1.2.3절. 예제

 

sigwait(3)를 통해서 동기적으로 기다리는 것은 구현이 간단하므로 따로 다루지 않고 시그널 핸들러를 등록해서 비동기적으로 시그널을 기다리는 코드를 구현해 보도록 하겠다. 1.1.1절의 코드를 약간 수정했다.

 

예제 : thtoth_sig.c

위의 코드의 경우 시그널을 받을 쓰레드를 명시해줄 수 있으므로 시그널 마스크 등을 설치할 필요가 없다. SIGINT가 원하는 쓰레드로 정확하게 전달되는 걸 확인할 수 있을 것이다.

 

1.3절. 운영체제별 차이점

 

쓰레드의 작동 방식은 운영체제별로 많은 차이를 보여줄 수 있으며, 차이점에 유의해서 프로그램을 작성해야 한다. 여기에서는 솔라리스와 리눅스를 비교해서 설명하도록 하겠다.

 

지금까지의 쓰레드와 시그널에 대해서 다루었던 내용은 솔라리스와 같이 하나의 프로세스에서 다중의 쓰레드를 관리하는 경우를 기준으로 했다. 그러나 리눅스의 경우 clone(2)를 통한 다중 프로세스 형태로 쓰레드가 생성된다. 때문에 ps를 이용해서 확인할 경우 다중 쓰레드 프로세스임에도 불구하고 각각의 PID를 가지는 프로세스로 쓰레드가 생성되는걸 확인 할 수 있다.

 

이런 특징 때문에 리눅스 시스템에서 외부 프로세스에서 시그널을 특정 쓰레드로 보낼 경우에는 메인 쓰레드가 아닌 해당 쓰레드의 PID를 명시해 주어야 한다.

 

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1장. pthread_mutex_lock(3)

차례
1.1절. 사용법
1.2절. 설명
1.3절. 반환값
1.4절. 에러
1.5절. 예제
1.6절. 참고문헌

뮤텍스 잠금을 얻거나 해제한다.


1.1절. 사용법

#include <pthrad.h>
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
		


1.2절. 설명

mutex는 MUTual EXclusion(상호 배제)devide의 줄임말로 쓰레드간 공유하는 데이터 영역을 보호하기 위해서 사용한다. 데이터 영역의 보호는 critical section(임계 영역)을 만들고 임계 영역내에 단하나의 쓰레드만이 진입가능 하도록 하는 방식을 사용한다.

보통 이 임계영역에는 보호하고자 하는 데이터에 대한 접근/수정 루틴이 들어간다. 데이터에 대한 접근/수정 루틴에 오직 하나의 쓰레드만 접근 가능하게 되므로 결국 데이터를 보호할 수 있게 된다.

뮤텍스는 단지 2개의 가능한 행동만이 정의되어 있다. unlock와 lock이 그건데, lock는 임계영역은 진입하기 위한 요청, unlock는 임계영역을 빠져나오면서 다른 쓰레드에게 임계영역을 되돌려주기 위해서 사용한다. 만약 쓰레드가 임계영역이 진입하기 위해서 lock를 시도 했는데, 다른 쓰레드가 이미 임계영역에 진입했다면 해당 쓰레드가 unlock를 해서 임계영역을 빠져나오기 전까지 기다리게 된다.

mutex는 fast recursive의 2가지 종류가 지원된다. 이것은 lock을 얻은 쓰레드가 다시 lock를 얻을 수 있도록 할 것인지를 결정하기 위해서 사용한다. 기본적으로 mutex의 종류는 fast 상태로 시작된다. mutex 종류에 대한 자세한 내용은 pthread_mutexattr_init(3)을 참고하기 바란다.

pthread_mutex_t는 뮤텍스의 특징을 결정하기 위해서 사용한다.PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER(fast mutex)와PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP(recursive mutexe), PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP(mutx 에러 체크용)의 3가지 상수가 준비되어 있다. 이중 하나를 선택하면 된다.

pthread_mutex_lock()는 (임계영역에 진입하기 위함)뮤텍스 잠금을 요청한다. 만약 뮤텍스의 최근 상태가 unlocked라면 쓰레드는 잠금을 얻고 임계영역에 진입하게 되고 리턴한다. 다른 쓰레드가 뮤텍스 잠금을 얻은 상태라면 잠금을 얻을 수 있을 때까지 기다리게 된다.

pthread_mutex_unlock()는 뮤텍스잠금을 되돌려준다. 만약 fast 뮤텍스라면 pthread_mutex_unlock()는 언제나 unlocked 상태를 되돌려준다. recursive 뮤텍스라면 잠겨있는 뮤텍스의 수를 감소시키고 이 수가 0이 된다면 뮤텍스잠금을 되돌려주게 된다.

pthread_mutex_destory()는 뮤텍스 객체를 삭제하고 자원을 되돌려준다. 더이상 사용하지 않는 뮤텍스는 반드시 이 함수를 이용해서 삭제하도록 하자. 리눅스에서 쓰레드는 뮤텍스 객체와 별개로 되어 있다. 그러므로 쓰레드가 종료되었다고 하더라도 뮤텍스 객체는 여전히 남아 있게 된다. 이 함수를 호출해야지만 뮤텍스 객체가 삭제 된다.


1.3절. 반환값

pthread_mutex_init()는 언제나 0을 리턴한다. 다른 뮤텍스 함수들은 성공했다면 0, 실패했다면 0이 아닌 수를 리턴하고 errno를 설정한다.


1.4절. 에러

pthread_mutex_lock()함수는 아래의 에러코드를 반환한다.

EINVAL

뮤텍스가 잘못 초기화 되었다.

EDEADLK

이미 잠금을 얻은 쓰레드가 다시 잠금을 요청할 때 (error checking 뮤텍스일 경우 사용할 수 있다)

pthread_mutex_trylock()함수는 아래의 에러코드를 반환한다.

EBUSY

뮤텍스가 잠겨 있어서 잠금을 얻을 수 없다.

EINVAL

뮤텍스가 잘못 초기화 되었다.


1.5절. 예제

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

using namespace std;

void *ping(void *);
void *pong(void *);

pthread_mutex_t sync_mutex;
pthread_cond_t  sync_cond;

pthread_mutex_t gmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t  gcond  = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int main()
{
    vector<void *(*)(void *)> thread_list;
    vector<pthread_t> tident(10); 
    int thresult;
    int status;
    int i;

    pthread_mutex_init(&sync_mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&sync_cond, NULL);

    thread_list.push_back(pong);
    thread_list.push_back(ping);

    for(i = 0; i < thread_list.size(); i++ )
    {
        pthread_mutex_lock(&ync_mutex);
        if (pthread_create(&tident[i], NULL, thread_list[i], (void *)NULL) <0)
        {
            perror("error:");
            exit(0);
        }
        pthread_cond_wait(&sync_cond, &sync_mutex);
        pthread_mutex_unlock(&sync_mutex);
    }
    for (i = 0; i < tident.size(); i++)
    {
        pthread_join(tident[i], (void **)&status);
    }
}

void *ping(void *data)
{
    int i=0;
    pthread_mutex_lock(&sync_mutex);
    pthread_cond_signal(&sync_cond);
    pthread_mutex_unlock(&sync_mutex);
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&gmutex);
        printf("%d : ping\n", i);
        pthread_cond_signal(&gcond);
        pthread_cond_wait(&gcond, &gmutex);
        pthread_mutex_unlock(&gmutex);
        usleep(random()%100);
        i++;
    }
}

void *pong(void *data)
{
    int i = 0;
    pthread_mutex_lock(&sync_mutex);
    sleep(1);
    pthread_cond_signal(&sync_cond);
    pthread_mutex_unlock(&sync_mutex);
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&gmutex);
        pthread_cond_wait(&gcond, &gmutex);
        printf("%d : pong\n", i);
        pthread_cond_signal(&gcond);
        pthread_mutex_unlock(&gmutex);
        i++;
    }
}
		


Posted by 두장
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Pthread API Reference

윤 상배

고친 과정
고침 0.9 2004년 6월 30일 12시
pthread 취소관련 api 추가
고침 0.8 2003년 10월 9일 12시
pthread 시그널 관련 api 추가

1. 소개

이 문서는 pthread 레퍼런스 문서이다. pthread 에서 제공하는 모든 함수의 레퍼런스를 제공하고 있지는 않지만, 자주 쓰일만한 대부분의 함수들은 정리되어 있음으로 참고할만한 가치가 있을것이다.

이 문서에 빠진 내용들은 계속 추가해 나갈 예정이다.


2. 기본 쓰레드 함수

주로 쓰레드 생성과 종료에 관련된 가장 기본적인 함수들이다.


2.1. pthread_create

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *), void *arg);
			
쓰레드 생성을 위해서 사용한다. 첫번째 아규먼트인 thread 는 쓰레드가 성공적으로 생성되었을때 생성된 쓰레드를 식별하기 위해서 사용되는 쓰레드 식별자이다. 두번째 아규먼트인 attr 은 쓰레드 특성을 지정하기 위해서 사용하며, 기본 쓰레드 특성을 이용하고자 할경우에 NULL 을 사용한다. 3번째 아규먼트인 start_routine는 분기시켜서 실행할 쓰레드 함수이며, 4번째 아규먼는인 arg는 쓰레드 함수의 인자이다.

성공적으로 생성될경우 0을 리턴한다.

예제 : pthread_create.cc

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

// 쓰레드 함수
void *t_function(void *data)
{
    int id;
    int i = 0;
    id = *((int *)data);

    while(1)
    {
        printf("%d : %d\n", id, i);
        i++;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t p_thread[2];
    int thr_id;
    int status;
    int a = 1;
    int b = 2;

    // 쓰레드 생성 아규먼트로 1 을 넘긴다.  
    thr_id = pthread_create(&p_thread[0], NULL, t_function, (void *)&a);
    if (thr_id < 0)
    {
        perror("thread create error : ");
        exit(0);
    }

    // 쓰레드 생성 아규먼트로 2 를 넘긴다. 
    thr_id = pthread_create(&p_thread[1], NULL, t_function, (void *)&b);
    if (thr_id < 0)
    {
        perror("thread create error : ");
        exit(0);
    }

    // 쓰레드 종료를 기다린다. 
    pthread_join(p_thread[0], (void **)&status);
    pthread_join(p_thread[1], (void **)&status);

    return 0;
}
			
실행된 쓰레드에 대해서는 pthread_join 등의 함수를 이용해서 쓰레드 종료때까지 기다려줘야 한다. ptherad_join 은 일종의 fork 의 wait 와 비슷하게 작동하며, 쓰레드자원을 해제 시켜준다.


2.2. pthread_join

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return);
			
첫번째 아규먼트 th는 기다릴(join)할 쓰레드 식별자이며, 두번째 아규먼트 thread_return은 쓰레드의 리턴(return) 값이다. thread_return 이 NULL 이 아닐경우 해다 포인터로 쓰레드 리턴 값을 받아올수 있다.

pthread_joinc.c

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

// 쓰레드 함수 
// 1초를 기다린후 아규먼트^2 을 리턴한다. 
void *t_function(void *data)
{
    int num = *((int *)data);
    printf("num %d\n", num);
    sleep(1);
    return (void *)(num*num);
}

int main()
{
    pthread_t p_thread;
    int thr_id;
    int status;
    int a = 100;

    thr_id = pthread_create(&p_thread, NULL, t_function, (void *)&a);
    if (thr_id < 0)
    {
        perror("thread create error : ");
        exit(0);
    }
    // 쓰레드 식별자 p_thread 가 종료되길 기다렸다가 
    // 종료리턴값을 가져온다. 
    pthread_join(p_thread, (void *)&status);
    printf("thread join : %d\n", status);

    return 0;
}
			


2.3. pthread_detach

int pthread_detach(pthread_t th);
			
detach 는 "떼어내다" 라는 뜻을 가지며 main 쓰레드에서 pthread_create 를 이용해 생성된 쓰레드를 분리시킨다. 이 함수는 식별번호th인 쓰레드를 detach 시키는데, detach 되었을경우 해당(detach 된) 쓰레드가 종료될경우 pthread_joinc 을 호출하지 않더라도 즉시 모든 자원이 해제(free) 된다.

여기에서는 pthread_create 호출후 detach 하는 방법을 설명하고 있는데, pthread_create 호출시에 쓰레드가 detach 되도록 할수도 있다. 이에 대한 내용은 pthread_attr_setdetachstate 를 다루면서 설명하도록 하겠다.

예제 : pthread_detach.c

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

// 쓰레드 함수
// 1초를 기다린후 아규먼트^2 을 리턴한다.
void *t_function(void *data)
{
    char a[100000];
    int num = *((int *)data);
	printf("Thread Start\n");
    sleep(5);
	printf("Thread end\n");
}

int main()
{
    pthread_t p_thread;
    int thr_id;
    int status;
    int a = 100;

	printf("Before Thread\n"); 
    thr_id = pthread_create(&p_thread, NULL, t_function, (void *)&a);
    if (thr_id < 0)
    {
        perror("thread create error : ");
        exit(0);
    }
    // 식별번호 p_thread 를 가지는 쓰레드를 detach 
    // 시켜준다. 
    pthread_detach(p_thread);
    pause();
    return 0;
}
			
위의 쏘쓰 코드에서 detach 시켰을때와 그렇지 않았을때의 메모리 상황을 비교해보기 바란다. detatach 를 했을경우 프로세스의 메모리 사용율과 detache 를 주석 처리했을경우의 메모리 사용율의 변화를 서로 비교해보면 되는데, detach 를 사용하지 않았을경우 t_function 이 종료가 되더라도 자원이 해제되지 않음을 볼수 있을것이다. 테스트는 간단한 스크립트를 이용하도록 한다.
[root@localhost test]# while [ 1 ]; do ps -aux | grep pthread | grep -v grep | grep -v vim; sleep 1; done
root      2668  0.0  0.1  1436  292 pts/8    S    18:37   0:00 ./pthread_detach
root      2668  0.0  0.1  1436  292 pts/8    S    18:37   0:00 ./pthread_detach
			
위의 ps 내용에서 5번째 필드의 변화를 확인하면 된다.


2.4. pthread_exit

void pthread_exit(void *retval);
			
pthread_exit 는 현재 실행중인 쓰레드를 종료시키고자 할때 사용한다. 만약pthread_cleanup_push 가 정의되어 있다면, pthread_exit 가 호출될경우 cleanup handler 가 호출된다. 보통 이 cleanup handler 은 메모리를 정리하는 등의 일을 하게 된다.

예제 : pthread_exit.c

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

// 쓰레드 함수
// 1초를 기다린후 아규먼트^2 을 리턴한다.
void *t_function(void *data)
{
    int num = *((int *)data);
    int i = 0;
    while(1)
    {
        if (i == 3)
            pthread_exit(0);
        printf("loop %d\n", i);
        i++;
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t p_thread;
    int thr_id;
    int status;
    int a = 100;


    thr_id = pthread_create(&p_thread, NULL, t_function, (void *)&a);
    if (thr_id < 0)
    {
        perror("thread create error : ");
        exit(0);
    }
    pthread_join(p_thread, (void **)&status);
    return 0;
}
			


2.5. pthread_cleanup_push

void pthrad_cleanup_push(void (*routine) (void *), void *arg);
			
이것은 cleanup handlers 를 인스톨하기 위해서 사용된다. pthread_exit(3) 가 호출되어서 쓰레드가 종료될때 pthread_cleanup_push 에 의해서 인스톨된 함수가 호출된다. routine이 쓰레드가 종료될때 호출되는 함수이다. arg는 아규먼트이다.

cleanup handlers 는 주로 자원을 되돌려주거나, mutex 잠금등의 해제를 위한 용도로 사용된다. 만약 mutex 영역에서 pthread_exit 가 호출되어 버릴경우 다른쓰레드에서 영원히 block 될수 있기 때문이다. 또한 malloc 으로 할당받은 메모리, 열린 파일지정자를 닫기 위해서도 사용한다.

예제 : pthread_cleanup.c

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>

// 쓰레드 함수
// 1초를 기다린후 아규먼트^2 을 리턴한다.
//

char *mydata;
void cleanup(void *);
void *t_function(void *data)
{
    int num = *((int *)data);
    int i = 0;
    int a = 1;
    // cleanup handler 로 cleanup 함수를 
    // 지정한다. 
    pthread_cleanup_push(cleanup, (void *)&a);
    mydata = (char *)malloc(1000);
    while(1)
    {
        if (i == 3)
        {
            // pthread_exit 가 호출되면서 
            // cleanup 을 호출하게 된다. 
            pthread_exit(0);
            return 1;
        }
        printf("loop %d\n", i);
        i++;
        sleep(1);
    }
    pthread_cleanup_pop(0);
}


int main()
{
    pthread_t p_thread;
    int thr_id;
    int status;
    int a = 100;


    thr_id = pthread_create(&p_thread, NULL, t_function, (void *)&a);
    if (thr_id < 0)
    {
        perror("thread create error : ");
        exit(0);
    }
    pthread_join(p_thread, (void **)&status);
    printf("Join finish\n");
}

// cleanup handler
void cleanup(void *myarg)
{
    printf("thread is clean up\n");
    printf("resource free\n");
    free(mydata);
}
			


2.6. pthread_cleanup_pop

pthread_cleanup_push 와 함께 사용되며, install 된 cleanup handler 을 제거하기 위해서 사용된다.

void pthread_cleanup_pop(int execute);
			
만약 execute 가 0 이라면, pthread_cleanup_push 에 의해 인스톨된 cleanup handler 를 (실행시키지 않고)삭제만 시킨다. 0 이 아닌 숫자라면 cleanup handler 을 실행시키고 삭제 된다. 사용예제는 2.5절을 참고하라.

그리고 pthread_cleanup_push 와 pthread_cleanup_pop 은 반드시 같은 함수내의 같은 레벨의 블럭에서 한쌍으로 사용해야 한다.


2.7. pthread_self

pthread_t pthread_self(void);
			
pthread_self를 호출하는 현재 쓰래드의 쓰레드식별자를 되돌려준다.

예제 : pthread_self.c

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

void *func(void *a)
{
    pthread_t id;
    id = pthread_self();
    printf("->%d\n", id);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t p_thread;
    pthread_create(&p_thread, NULL, func, (void *)NULL);
    printf("%d\n", p_thread);
    pthread_create(&p_thread, NULL, func, (void *)NULL);
    printf("%d\n", p_thread);

	return 1;
}
			


3. 쓰레드 동기화 함수

쓰레드 동기화와 관련된 함수들이다.


3.1. pthread_mutex_init

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, 
           const pthread_mutex_attr *attr); 
			
mutex 는 여러개의 쓰레드가 공유하는 데이타를 보호하기 위해서 사용되는 도구로써, 보호하고자 하는 데이타를 다루는 코드영역을 단지 한번에 하나의 쓰레드만 실행가능 하도록 하는 방법으로 공유되는 데이타를 보호한다. 이러한 코드영역(하나의 쓰레드만 점유가능한)을 critical section 이라고 하며, mutex 관련 API 를 이용해서 관리할수 있다.

pthread_mutex_init 는 mutex 객체를 초기화 시키기 위해서 사용한다. 첫번째 인자로 주어지는 mutex 객체 mutex를 초기화시키며, 두번째 인자인 attr 를 이용해서 mutex 특성을 변경할수 있다. 기본 mutex 특성을 이용하기 원한다면 NULL 을 사용하면 된다.

mutex 특성(종류) 에는 "fast", "recurisev", "error checking" 의 종류가 있으며, 기본으로 "fast" 가 사용된다.

// 뮤텍스 객체 선언
pthread_mutex_t mutex_lock;
...
void *t_function()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex_lock);
    // critical section
    pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);
}
int main()
{
    pthread_t p_thread;
    int state;
    // 뮤텍스 객체 초기화, 기본 특성으로 초기화 했음
    pthread_mutex_init(&mutex_lock, NULL);
    pthread_create(&p_thread, NULL, t_function, (void *)&a);
    ...
    pthread_joinc(&p_thread, (void **)&status);
}
			


3.2. pthread_mutex_destory

int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex);
			
인자로 주어진 뮤텍스 객체 mutex 를 제거하기 위해서 사용된다. mutex  pthread_mutex_init()함수를 이용해서 생성된 뮤텍스 객체이다.

pthread_mutex_destory 를 이용해서 제대로 mutex 를 삭제하려면 이 mutex 는 반드시 unlock 상태이여야 한다.


3.3. pthread_mutex_lock

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
			
pthread_mutex_lock 는 critcal section 에 들어가기 위해서 mutex lock 을 요청한다. 만약 이미 다른 쓰레드에서 mutex lock 를 얻어서 사용하고 있다면 다른 쓰레드에서 mutex lock(뮤텍스 잠금) 을 해제할때까지(사용할수 있을때까지) 블럭 된다.

만약 다른 어떤 쓰레드에서도 mutex lock 을 사용하고 있지 않다면, 즉시 mutex lock 을 얻을수 있게 되고 critcal section 에 진입하게 된다. critcal section 에서의 모든 작업을 마쳐서 사용하고 있는 mutex lock 이 더이상 필요 없다면 pthread_mutex_unlock 를 호출해서 mtuex lock 를 되돌려준다.


3.4. pthread_mutex_unlock

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); 
			
critical section 에서의 모든 작업을 마치고 mutex lock 을 돌려주기 위해서 사용한다. pthread_mutex_unlock 를 이용해서 mutex lock 를 되돌려주면 다른 쓰레드에서 mutex lock 를 얻을수 있는 상태가 된다.


3.5. pthread_cond_init

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, 
                    const pthread_cond_attr *attr);
			
pthread_cond_init는 조견변수 (condition variable)cond를 초기화하기 위해서 사용한다. attr 를 이용해서 조건변수의 특성을 변경할수 있으며, NULL 을 줄경우 기본특성으로 초기화된다.

조건변수 cond는 상수 PTHREAD_COND_INITIALIZER 을 이용해서도 초기화 할수 있다. 즉 다음과 같은 2가지 초기화 방법이 존재한다.

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
or
pthread_cond_init(&cond, NULL);
			


3.6. pthread_cond_signal

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
			
조건변수 cond에 시그날을 보낸다. 시그날을 보낼경우 cond에서 기다리는(wait) 쓰레드가 있다면 쓰레드를 깨우게 된다(봉쇄가 풀림). 만약 조건변수 cond를 기다리는 쓰레드가 없다면, 아무런 일도 일어나지 않게되며, 여러개의 쓰레드가 기다리고 있다면 그중 하나의 쓰레드에게만 전달된다. 이때 어떤 쓰레드에게 신호가 전달될지는 알수 없다.


3.7. pthread_cond_boradcast

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
			
조건변수 cond에서 기다리는(wait) 모든 쓰레드에게 신호를 보내서, 깨운다는 점을 제외하고는pthread_cond_signal과 동일하게 작동한다.


3.8. pthread_cond_wait

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t cond, pthread_mutex_t *mutex); 
			
조건변수 cond를 통해서 신호가 전달될때까지 블럭된다. 만약 신호가 전달되지 않는다면 영원히 블럭될수도 있다. pthread_cond_wait는 블럭되기 전에 mutex 잠금을 자동으로 되돌려준다.


3.9. pthread_cond_timewait

int pthread_cond_timedwait(pthread_cont_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, 
                           const struct timespec *abstime);
			
조건변수 cond를 통해서 신호가 전달될때까지 블럭되며 자동으로 mutex을 돌려주는 점에서는pthread_cond_wait와 동일하다. 그러나 시간체크가 가능해서 abstime시간동안 신호가 도착하지 않는다면 error 를 발생하면서 리턴한다. 이때 리턴값은 ETIMEDOUT 이다. errno 가 세팅되는게 아닌, 리턴값으로 에러가 넘어오는것에 주의해야 한다.

또한 pthread_cond_timedwait함수는 다른 signal 에 의해서 interrupted 될수 있으며 이때 EINTR 을 리턴한다. 이 함수를 쓸때는 interrupted 상황에 대한 처리를 해주어야 한다.


3.10. pthread_cond_destroy

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
			
pthread_cond_init를 통해서 생성한 조건변수cond에 대한 자원을 해제한다. destroy 함수를 호출하기 전에 어떤 쓰레드도 cond에서의 시그널을 기다리지 않는걸 확인해야 한다. 만약 cond 시그널을 기다리는 쓰레드가 존재한다면 이 함수는 실패하고 EBUSY 를 리턴한다.


3.11. 예제코드

이번장에서 설명한 쓰레드 동기화 관련 함수의 이해를 돕기 위해서 간단한 예제를 준비했다. 설명은 주석으로 대신한다.

예제 : pthrad_sync_api.c

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

using namespace std;

void *ping(void *);
void *pong(void *);

pthread_mutex_t sync_mutex;
pthread_cond_t  sync_cond;

pthread_mutex_t gmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t  gcond  = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int main()
{
    vector<void *(*)(void *)> thread_list;
    vector<pthread_t> tident(10); 
    int thresult;
    int status;
    int i;

    pthread_mutex_init(&sync_mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&sync_cond, NULL);

    thread_list.push_back(pong);
    thread_list.push_back(ping);

    for(i = 0; i < thread_list.size(); i++ )
    {
        pthread_mutex_lock(&sync_mutex);
        if (pthread_create(&tident[i], NULL, thread_list[i], (void *)NULL) <0)
        {
            perror("error:");
            exit(0);
        }
        pthread_cond_wait(&sync_cond, &sync_mutex);
        pthread_mutex_unlock(&sync_mutex);
    }
    for (i = 0; i < tident.size(); i++)
    {
        pthread_join(tident[i], (void **)&status);
    }
}

void *ping(void *data)
{
    int i=0;
    pthread_mutex_lock(&sync_mutex);
    pthread_cond_signal(&sync_cond);
    pthread_mutex_unlock(&sync_mutex);
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&gmutex);
        printf("%d : ping\n", i);
        pthread_cond_signal(&gcond);
        pthread_cond_wait(&gcond, &gmutex);
        pthread_mutex_unlock(&gmutex);
        usleep(random()%100);
        i++;
    }
}

void *pong(void *data)
{
    int i = 0;
    pthread_mutex_lock(&sync_mutex);
    sleep(1);
    pthread_cond_signal(&sync_cond);
    pthread_mutex_unlock(&sync_mutex);
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&gmutex);
        pthread_cond_wait(&gcond, &gmutex);
        printf("%d : pong\n", i);
        pthread_cond_signal(&gcond);
        pthread_mutex_unlock(&gmutex);
        i++;
    }
}
			

위의 예제는 ping&pong 프로그램으로 ping 쓰레드와 pong 쓰레드가 각각 번갈아가면서 "ping", "pong" 을 날리는 프로그램이다. 2개의 영역에 걸쳐서 크리티컬섹션이 지정되어 있으며 각 크리티컬섹션안에는 쓰레드 동기화를 위해서 ptread_cond_signal 이 쓰여지고 있다.

위의 코드는 기본적으로 pong 쓰레드가 먼저 시그널을 대기하고 있다가 그 후 ping 쓰레드가 진입해서 "ping"을 날리고 시그널을 발생시키면 "pong" 메시지를 발생시키도록 되어 있다. 그렇다면 while 문에 있는 크리티컬 섹션에 반드시 pong 쓰레드가 먼저 진입할수 있도록 만들어줘야 할것이다. 그래서 위의 코드에서는 pong 쓰레드를 먼저 생성시켰다. 그러나 이것만으로는 충분하지 않다. 예를들어서 pong 쓰레드에서 크리티컬섹션에 들어가기 위해서 어떤 부가적인 작업이 있다고 했을때(메모리초기화, 기타 다른 함수 호출과 같은, 위에서는 sleep 으로 대신했다), 우리가 의도했던 바와는 다르게 ping 가 먼저 크리티컬섹션에 진입할수도 있다. 이럴경우 2개의 쓰레드는 교착상태에 빠지게 된다.

ping 쓰레드가 크리티컬섹션에 먼저 진입했을경우 ping 쓰레드는 "ping" 출력시키고 시그널을 발생시킬 것이고 pong 쓰레드가 "pong"를 출력시키고 시그널을 발생시킬때까지 시그널대기 하게 된다. ping 쓰레드가 시그널대기 하게 되면, 크리티컬섹션에 대한 뮤텍스 잠금이 해제됨으로 뒤늦게 크리티컬섹셔네 진입을 시도하던 pong 가 크리티컬섹션에 진입하고 ping 쓰레드에서부터 신호가 있는지 기다리게 될것이다. 그러나 ping 쓰레드는 이미 신호를 날려버렸음으로, pong 쓰레드는 결코 도착하지 않을 신호를 기다리며 영원히 시그널대기 하게 될것이다. 이런식으로 2개의 쓰레드는 교착상태에 빠져 버린다.

이 문제는 쓰레드간 동기화를 이용해서 해결할수 있으며, 위 코드에서는 mutex 잠금과, 조건변수를 이용해서 해결하고 있다. 물론 쓰레드간 동기화를 위해서 사용할수 있는 원시?적인 방법으로 sleep 나 usleep 같은 함수를 호출하는 방법도 있긴 하지만, ping 쓰레드에서 크리티컬 섹션에 진입하기전 1초 정도 sleep 을 주는 식으로 사용가능하지만 추천할만하진 않다. (간혹 간단하게 사용할수는 으며, 가장 확실한 방법을 제공해 주기도 한다)


4. Thread Attribute 함수

4.1. pthread_attr_init

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
			
pthread_attr_init는 thread attribute 객체인 attr을 디폴트 값으로 초기화 시킨다.

성공할경우 0을 돌려주고 실패할경우 -1 을 되돌려준다.


4.2. pthread_attr_distroy

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
			
pthread_attr_init에 의해 생성된 thread attribute 객체인 attr을 제거한다. 제거된 attr 을 다시 사용하기 위해서는 pthread_attr_init를 이용해서 다시 초기화 해주어야 한다.


4.3. pthread_attr_getscope

int pthread_attr_getscope(const pthread_attr_t *attr, 
             int *scope);
			
쓰레드가 어떤 영역(scope)에서 다루어지고 있는지를 얻어오기 위해서 사용된다. PTHREAD_SCOPE_SYSTEM과 PTHREAD_SCOPE_PROCESS 의 2가지 영역중에 선택할수 있다. SYSTEM 영역 쓰레드는 user 모드 쓰레드라고 불리우며, PROCESS 쓰레드는 커널모드 쓰레드라고 불리운다. 리눅스의 경우 유저모드 쓰레드인데, 즉 커널에서 쓰레드를 스케쥴링하는 방식이 아닌 쓰레드 라이브러리를 통해서 쓰레드를 스케쥴링 하는 방식을 사용한다.

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


int main()
{
    pthread_attr_t pattr;
    int scope;

    pthread_attr_init(&pattr);

    pthread_attr_getscope(&pattr, &scope);
    if (scope == PTHREAD_SCOPE_SYSTEM)
    {
        printf("user mode thread\n");
    }
    else if (scope ==  PTHREAD_SCOPE_PROCESS)
    {
        printf("Kernel mode thread\n");
    }

    return 1;
}
			
위 프로그램을 컴파일한후 Linux 에서 실행시키면 "user mode thread"를 출력하고 솔라리스 상에서 실행시키면 "kernel mode thread"를 출력한다.


4.4. pthread_attr_setscope

int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int scope);
			
쓰레드가 어떤 영역(scope)에서 작동하게 할것인지 결정하기 위해서 사용한다. 리눅스의 경우 Kernel mode 쓰레드를 지원하지 않음으로 오직 PTHREAD_SCOPE_SYSTEM 만을 선택할수 있다. 반면 솔라리스는 유저모드와 커널모드중 선택이 가능하다.

pthread_attr_setscope.c

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


int main()
{
    pthread_attr_t pattr;
    int scope;

    pthread_attr_init(&pattr);

    pthread_attr_setscope(&pattr, PTHREAD_SCOPE_PROCESS);
    pthread_attr_getscope(&pattr, &scope);
    if (scope == PTHREAD_SCOPE_SYSTEM)
    {
        printf("user mode thread\n");
    }
    else if (scope ==  PTHREAD_SCOPE_PROCESS)
    {
        printf("Kernel mode thread\n");
    }

    return 1;
}
			
위코드에서 쓰레드가 커널 모드에서 작동하도록 지정을 했다. 리눅스에서 실행시킬경우에는 비록 커널모드로 지정을 했다고 하더라도 유저모드 쓰레드로 작동하게 된다. 솔라리스의 경우에는 setscope 로 지정한대로 커널모드에서 작동하게 된다.


4.5. pthread_attr_getdetachstate

int pthread_attr_getdetachstate(pthread_attr_t *attr,
           int detachstate);
			
쓰레드가 join 가능한 상태(PTHREAD_CREATE_JOINABLE) 인지 detached 상태인지 (PTHREAD_CREATE_DETACHED) 인지를 알아낸다. 알아낸 값은 아규먼트 detachstate 에 저장된다.

기본은 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 이며, pthread_detach를 이용해서 생성된 쓰레드를 detach 상태로 만들었을경우 또는 pthread_attr_setdetachstate함수를 이용해서 쓰레드를 detache 상태로 변경시켰을경우 PTHREAD_CREATE_DETACHED 상태가 된다.

예제 : pthread_attr_getdetachstate.c

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

pthread_attr_t attr;
void *test(void *a)
{
    int policy;
    printf("Thread Create\n");
    pthread_attr_getdetachstate(&attr, &policy);
    if (policy == PTHREAD_CREATE_JOINABLE)
    {
        printf ("Join able\n");
    }
    else if (policy == PTHREAD_CREATE_DETACHED)
    {
        printf ("Detache\n");
    }
}
int main()
{
    int status;
    pthread_t p_thread;
    pthread_attr_init(&attr);
    if (pthread_create(&p_thread, NULL, test, (void *)NULL) < 0)
    {
        exit(0);
    }

    pthread_join(p_thread, (void **)&status);
}
			
위의 프로그램을 실행시키면 분명 "Join able"를 출력할것이다.


4.6. pthread_attr_setdetachstate

int  pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, 
             int detachstate);
			
쓰레드의 상태를 PTHREAD_CREATE_JOINABLE 혹은 PTHREAD_CREATE_DETACHED 상태로 변경시키기 위해서 사용된다. 아래와 같은 방법으로 사용하면 된다.
pthread_attr_t attr;
...
// JOINABLE 상태로 변경하고자 할때 
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
// DETACHED 상태로 변경하고자 할때
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
			


5. 쓰레드 시그널 관련

쓰레드간 프로세스와 쓰레드간 시그널 전달관련 API들이다. 자세한 내용은 쓰레드와 시그널을 참고하기 바란다.


5.1. pthread_sigmask

#include <pthread.h>
#include <signal.h>

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *newmask, sigset_t *oldmask);
			
쓰레드에서 시그널은 서로 공유된다. 그런이유로 만약 프로세스에 시그널이 전달되면 프로세스가 생성된 모든 쓰레드로 시그널이 전달된다. 그러나 특정 쓰레드만 시그널을 받도록 하고 싶을 때가 있을 것이다. 이경우 이 함수를 이용하면 된다.


5.2. pthread_kill

#include <pthread.h>
#include <signal.h>

int pthread_kill(pthread_t thread, int signo);
			
쓰레드 식별번호 thread signo 번호의 시그널을 전달한다.


5.3. sigwait

#include <pthread.h>
#include >signal.h>

int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);
			
시그널 전달을 동기적으로 기다린다.


6. 쓰레드 취소

자세한 내용은 쓰레드 취소와 종료 pthread_cancel(3)을 참고하기 바란다. 여기에서는 인덱스만 제공한다.


6.1. pthread_cancel

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);
			


6.2. pthread_setcancelstate

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
			


6.3. pthread_setcancelstate

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);
			


6.4. pthread_setcanceltype

#include <pthread.h>

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);
			


6.5. pthread_testcancel

#include <pthread.h>

void pthread_testcancel(void);
			

참고 문서 #

  1. Pthread 뮤텍스와 조건변수
  2. pthread 1
  3. pthread 모델
  4. pthread 3
Posted by 두장
2008.12.23 13:24

원문 http://blog.naver.com/kimsk99/50003121515

STL을 공부하다보면 STL에서 검색이 필요한 자료구조는 모두 red-black tree로 되어 있다는 것을 알 수 있다.

그동안 대충 balanced tree의 일종이라는 것 정도만 알고 있었다.

최근에 red-black tree에 대해서 적어놓은 어떤 글을 보고 구체적으로 어떤 트리인지를 조사해 보았다.

 

이글은 아래의 싸이트에 나오는 설명을 참조해서 정리한 것이다.

 

  Sorting and Searching Algorithms

 

-----------------------------------------------------

 

Red-black tree(이하 RB트리)는 binary search tree를 확장시켜서 balance 기능을 추가 시킨 트리이다.

RB트리의 정의는 아래의 5가지이다.

 

속성 1. 모든 노드는 red나 black의 색깔을 갖는다.

속성 2. 모든 리프(leaf)는 센티넬 노드(sentinel node)로서 black이다.

속성 3. 만약 어떤 노드가 red라면 그 노드의 두 자식은 모두 black이다.

속성 4. 루트(root)에서 리프로의 경로를 생각할 때, 모든 경로에 대해서 black의 숫자는 같다. (이것을 black height라고 한다.)

속성 5. 루트는 항상 black이다.

 

RB트리는 위의 5가지 속성을 유지하도록 연산을 정의하는 것이다.

위의 5가지 속성에 의해서 RB트리는 leaf까지 최대 길이의 차이가 2배 범위 안에 놓이게 된다.

(이것은 B-B-B처럼 B로만 된 leaf까지의 경로가 최적의 경로이고, B-R-B-R-B처럼 RB가 섞인 경로가 최악이다.

이때 적의 경로와 최악의 경로의 차는 2배이다.)

5가지 속성을 유지하는데 드는 비용은 insert, delete에 평균적으로나 최악의 경우 log(n)이 들어간다.

 

RB 트리에서 리프를 센티넬 노드라고 표현하고 있다.

이것은 리프가 내부에 값을 갖는 노드가 아니라 일종의 더미 노드이기 때문이다.

보통 리프의 구현 즉 센티넬 노드의 구현은 공용 센티넬 노드를 만들고 그것을 참조하는 형태로 사용한다고 한다.

 

*. 노드 삽입

노드 삽입를 위해서 먼저 binary search tree에 대한 노드 삽입 알고리즘대로 노드를 일단 추가한다.

당연히 새롭게 삽입된 노드는 기존의 센티넬 노드의 자리에 추가되어야 한다.

즉 새 노드는 두개의 센티넬 노드를 자식 노드로 갖고 기존 센티넬 노드 자리에 들어가게 된다.

 

새롭게 삽입된 노드의 색깔은 무조건 R로 한다.

 

이렇게 된 트리는 현재  

 (1) 센티넬 노드 자리에 센티넬 노드를 자식으로 갖는 노드를 추가했기 때문에 속성 2, 5는 만족한다.

 (2) R로 했기 때문에 속성 1, 4를 만족한다.

 

위반할 수 있는 속성은 속성 3밖에 없다.

즉 다른 속성에 위반되지 않도록 하면서 속성 3을 만족하도록 트리를 변경해 주면된다.

 

속성 3을 위반하는 경우는 새로운 노드의 부모 노드가 R인 경우 밖에 없다.

이때에 대한 처리 방법은 아래의 2가지로 나뉜다.

 

A. 부모가 R, 삼촌도 R

부모가 R이라면 할아버지는 반드시 B여야 한다.

(기존 트리가 RB트리 속성을 모두 만족하기 때문에 연속된 R을 갖을 수는 없다.)

부모와 삼촌이 모두 R이라면 아래의 그림처럼 부모와 삼촌을 B로 바꾸고 할아버지를 R로 바꾼다.

이렇게 하면 모든 노드의 black height는 보전된다.

 

새롭게 생긴 R노드, 즉 할아버지 노드에 대해서는 지금 적용한 삽입후 처리 알고리즘을 재귀적으로 적용할 수 있다.

할아버지 노드는 R노드이고 B를 자식으로 갖기 때문에 새롭개 삽입된 노드의 특징을 모두 지니기 때문에 같은 알고리즘이 적용될 수 있다.

 

만약 할아버지 노드가 루트 노드라면 할아버지 노드를 다시 B로 칠하면 된다.

이 경우는 전체 트리의 black height가 1증가하게 된다.

 

 

 

 

B. 부모가 R, 삼촌은 B

부모가 R이고 삼촌이 B인경우는 아래의 그림과 같이 트리 전체를 한칸 밀어버리면 된다.

이렇게 밀어 버린다고 해서 binary search tree의 속성을 위배하지 않는다.

이 과정에서 모든 black height는 보전 된다.

 

 

위의 두가지 경우가 모든 경우의 수이다.

생각해보면 삼촌 노드가 존재하지 않는 경우가 있을 지도 모른다.

하지만 이런 경우는 트리의 정의에 의해서 없다.

모든 리프 노드를 일종의 더미 노드인 센티넬 노드로 만들어 버렸기 때문이다.

할아버지 노드에 값을 가지고 있는 아버지 노드가 존재하기 때문에 할아버지 노드는 센티넬 노드가 아니가.

그렇기 때문에 반드시 삼촌 노드가 존재해야 한다.

 

또 한가지 드는 의문점은 위의 그림에서 X가 A의 left가 아니라 right라면 어떻게 할 것이냐이다.

즉 위의 그림에서 c가 R인 경우로 위의 방법을 그대로 적용한다면 B, c가 R-R 이되어문제가 생긴다.

하지만 이런 때는 먼저 트리 이동을 수행해서 위의 그림처럼 X가 A의 left 상태로 만들 수 있다.

이것은 아래 그림의 두 트리는 모두 같은 의미의 binary search tree이기 때문에 가능하다.

(물론 위의 재배치가 가능한것도 이 특성을 이용한 것이다.)

 
 
*. 삭제
red-black tree의 노드 삭제 역시 기본은 binary search tree의 노드 삭제를 기본으로 한다.
Binary search tree의 삭제 원칙에 따라서 삭제될 노드는 항상 하나 이상의 센티넬 노드를 자식 노드로 갖는 노드가 된다.
이런 노드가 아닌 노드의 삭제시에는 연속자(succesor)를 대신 지우는 것으로 위의 조건을 만족하게 할 수 있다.
 
삭제 과정에서 지워진 노드가 R이라면 별도의 처리는 필요없이 모든 속성이 유지된다.
하지만 B라면 속성 4에 위배가 된다. (지워진 노드가 루트라면 예외이다.)
결국 속성 4를 다시 만족시켜 줘야 한다.
B가 지워졌기 때문에 black height가 1줄었다.
결국 다른 리프들에 대한 경로에 대한 black height가 1줄도록 변경해 줘야 한다.
이런 변경은 앞에서 본 삽입과정과 유사하게 처리될 수 있다.
Posted by 두장

 문자 평가 함수 

① 문자 평가 함수들은 한 개 문자의 종류를 검사 또는 평가하는 함수로서 1개의 문자가 숫자인지, 문자인지, 제어문자인지, 대문자, 소문자인지의 여부를 평가한다. 

② 문자평가함수는 is-로 시작되며, is-로 시작되는 함수는 헤더파일인"ctype.h"에 정의되어 있다. 

(1)isalnum( ) 함수 

① 영문자(A∼Z, a∼z) 또는 숫자(0∼9)인지를 평가하여 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을 돌려준다.

② 형식 

#include <ctype.h>

int isalnum(c);

int c;


【 예제13-1 】하나의 문자를 읽어 들여 영문자 또는 숫자이면 alphanumeric를 출력하는 프로그램(ch13-1.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr(); 

printf("Input data : ");

c = getchar(); 

if(isalnum(c) != 0)

printf("\n %c = alphanumeric\n", c);

else

printf("\n %c = Not alphanumeric\n", c);

getch();

}

▶ 실행결과

Input data : a

a = alphanumeric

Input data : #

a = Not alphanumeric



(2)isalpha( ) 함수 

① 영문자(A∼Z, a∼z)인가를 평가하여 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을 돌려준다.

② 형식

#include <ctype.h>

int isalpha(c);

int c;


【 예제13-2 】하나의 문자를 읽어 들여 영문자이면 alphabetic을 출력하는 프로그램(ch13-2.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr(); 

printf("Input data : ");

c = getchar(); 

if(isalpha(c) != 0)

printf("\n %c = alphabetic\n", c);

else

printf("\n %c = Not alphabetic\n", c); 

getch();

}

▶ 실행결과

Input data : a

a = alphabetic

Input data : 3

a = Not alphabetic



(3) iscntrl( ) 함수 

① 제어문자인가를 평가하여 제어문자로 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을

돌려준다.

② 형식

#include <ctype.h>

int iscntrl(c);

int c;


【 예제13-3 】하나의 문자를 읽어 들여 제어문자이면 Input data is control character를 출력하는 프로그램(ch13-3.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr(); 

printf("Input data :");

c = getchar(); 

if(iscntrl(c) != 0)

printf("input data is conrol character\n");

else

printf("input data is not control character\n"); 

getch();

}

▶ 실행결과

Input data : a

Input data is not control character

Input data : ^A

Input data is control character



(4) isdigit( ) 함수 

① 0∼9인가를 평가하여 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을 돌려준다.

② 형식

#include <ctype.h>

int isdigit(c);

int c;


【 예제13-4 】하나의 문자를 읽어들여 숫자이면 digit을 출력하는 프로그램(ch13-4.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr();

printf("Input data :"); 

if(isdigit(c) != 0)

printf("\n %d = digit\n", c);

else

printf("\n %d = Not digit\n", c); 

getch();

}

▶ 실행결과

Input data : a

a = Not digit 

Input data : 9

a = digit



(5) isupper( ) 함수 

① 영문 대문자(A∼Z)인가를 평가하여 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을 돌려준다.

② 형식

#include <ctype.h>

int isupper(c);

int c;

【 예제13-5 】하나의 문자를 읽어 들여 영문 대문자이면 upper alphabetic을 평가하는 프로그램(ch13-5.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr();

printf("Input data :"); 

c = getchar(); 

if(isupper(c) != 0)

printf("\n %c = upper alphabetic\n", c);

else

printf("\n %c = Not upper alphanumeric\n", c); 

getch();

}

▶ 실행결과

Input data : a

a = Not upper alphabetic

Input data : A

a = upper alphabetic



(6) islower( ) 함수 

① 영문 소문자(a∼z)인가를 평가하여 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을

돌려준다.

② 형식

#include <ctype.h>

int islower(c);

int c;

【 예제13-6 】다음과 같이 선언한 문자 중에서 소문자들을 출력하는 프로그램(ch13-6.c)

char a[9] = {'K', 'b', 's', 'M', 'b', 'c', 'S', 'b', 's'};

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

char c[9] = {'K', 'b', 's', 'M', 'b', 'c', 'S', 'b', 's'};

int i;

clrscr();

for(i=0; i<9; i++)

if(islower(c[i]) != 0)

printf("%c", c[i]);

getch();

}

▶ 실행결과

bsbcbs



(7) isspace( ) 함수 

① 공백인가를 평가하여 참이면 0이외의 값을 돌려주고, 거짓이면 0을 돌려준다.

② 형식

#include <ctype.h>

int isspace(c);

int c;


【 예제13-7 】공백이 입력되기 전까지 문자를 출력하는 프로그램(ch13-7.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

char c;

clrscr();

printf("Input string : ");

c = getchar();

do

{

putchar(c);

c = getchar();

}

while(isspace(c) == 0);

getch();

}

▶ 실행결과

Input string : seoul korea

seoul




13-2. 문자 변환 함수 

① 소문자를 대문자로, 대문자를 소문자로 변환하거나 또는 ASCII 코드가 아닌 값을 ASCII 코드 값으로 바꾸어 준다.

② 문자변환함수는 헤더파일인 "ctype.h"에 정의되어 있다. 

(1) toascii( ) 함수 

① ASCII 코드로 변환시켜 주는 함수

② 형식

#include <ctype.h>

int toascii(c);

int c;


【 예제13-8 】지정 문자를 ASCII 코드로 변환시켜 주는 프로그램(ch13-8.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr(); 

printf("Input character :");

c = getchar();

printf("ASCII CODE = %x\n", toascii(c));

printf("DECIMAL NUMBER = %d\n", c);

getch();

}

▶ 실행결과

Input character : A

ASCII CODE = 41

DECIMAL NUMBER = 65

(2) tolower( ) 함수 

① c가 대문자이면 소문자로 변환시켜 준다.

② 형식 

#include <ctype.h>

int tolower(c);

int c;



【 예제13-9 】지정문자가 대문자이면 소문자로 변환시켜 주는 프로그램(ch13-9.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr(); 

printf("Input sring :"); 

while((c = getchar()) != EOF)

putchar(tolower(c)); 

getch();

}

▶ 실행결과

input string : MBC

mbc


(3) toupper( ) 함수 

① c가 소문자이면 대문자로 변환시켜 준다.

② 형식 

#include <ctype.h>

int toupper(c);

int c;



【 예제13-10 】지정문자가 소문자이면 대문자로 변환시켜 주는 프로그램(ch13-10.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <ctype.h>

main()

{

int c;

clrscr(); 

printf("Input sring :"); 

while((c = getchar()) != EOF)

putchar(toupper(c)); 

getch();

}

▶ 실행결과

input string : mbc

MBC


13-3. 문자열의 조작함수 

문자열 조작 함수는 헤더파일인 "string.h"에 정의되어 있다. 

(1) strcpy( ) 함수 및 strncpy( ) 함수 

① 문자열을 복사하는 함수

② 형식

#include <string.h>

char *strcpy(cd, str);

char *strncpy(cd, str, len);

char *cd; ☞ 문자열이 복사되는 배열

char *str; ☞ 복사하는 문자열

int len; ☞ 복사하는 문자열의 길이

③ strcpy( )함수

"cd"가 가리키는 버퍼에 "str"이 가리키는 문자열을 복사하고, 함수값으로 "cd"의 값을 반환한다.

④ strncpy( ) 함수

앞에서부터 최대 len 문자까지를 복사한다. 이때 "cd"는 "복사 문자열의 길이 + 1"크기 이상을 확보해 두어야 한다. 

【 예제13-11 】문자열 str을 배열 cd에 copy하는 프로그램(ch13-11.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char cd[20] = " ";

char *str="Temple of the king";

clrscr();

printf("Before cd[20] data = %s\n", cd);

strcpy(cd, str);

printf("After cd[20] data = %s\n", cd);

getch();

}

▶ 실행결과

Before cd[20] data =

After cd[20] data = Temple of the king

【 예제13-12 】문자열 str에서 6개의 문자를 cd에 복사하는 프로그램(ch13-12.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *cd;

char *str="Temple of the king";

int len = 6;

clrscr(); 

printf("Original *str data = %s\n", str);

printf("Before cd[20] data = %s\n", cd); 

strncpy(cd, str, len);

printf("After cd[20] data = %s\n", cd); 

getch();

}

▶ 실행결과

Original *str data = Temple of the king

Before cd[20] data =

After cd[20] data = Temple



(2) strcat( ) 및 strncat( ) 함수 

① 문자열을 연결시키는 함수

② 형식

#include <string.h>

char *strcat(buf, str);

char *strncat(buf, str, len);

char *cd;

char *str;

char *buf;

int len;

③ strcat( ) 함수

"buf"가 가리키는 버퍼에 들어있는 문자열의 뒷부분에 "str"이 가리키는 문자열을 연결시킨다.

④ strncat( ) 함수

"str"이 가리키는 문자열의 최대 "len" 문자까지만 "buf"가 가리키는 버퍼의 문자열에 연결시켜 준다.

【 예제13-13 】문자열 buf와 문자열 str을 연결하여 출력하는 프로그램이다.(ch13-13.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *buf = "Temple";

char *str=" of the king";

clrscr(); 

printf("Original *buf data = %s\n", buf);

printf("Original *str data = %s\n", str); 

strcat(buf, str);

printf("After *buf data = %s\n", buf);

getch();

}

▶ 실행결과

Original *buf data = Temple

Original *str data = of the king

After *buf data = Temple of the king


【 예제13-14 】문자열 buf와 문자열 str의 11개의 문자를 연결하는 프로그램(ch13-14.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *buf = "Temple";

char *str=" of the king";

char *p;

int len = 11;

clrscr(); 

printf("Original *buf data = %s\n", buf);

printf("Original *str data = %s\n", str); 

p = strncat(buf, str, len); 

printf("After *p data = %s\n", p);

getch();

}

▶ 실행결과

Original *buf data = Temple

Original *str data = of the king

After *p data = Temple of the kin

(3) strchr( ) 함수 및 strrchr( ) 함수 

① 지정된 문자의 최초 위치 탐색과 최후 위치 탐색을 위한 함수

② 형식

#include <string.h>

char *strchr(string, c);

char *strrchr(string, c);

char *string; ☞ 탐색되는 문자열

char *c; ☞ 찾고 싶은 문자열

③ strchr( ) 함수

"string"내에서 찾고 싶은 문자 c의 내용이 발견되면 발견된 최초의 위치를 반환하고 발견되지 않으면 null 값을 반환한다. 즉, 최초의 문자가 발견된 위치를 반환시켜 준다.

④ strrchr( ) 함수

"string"내에서 찾고 싶은 문자 c의 내용이 발견되면 발견된 최후 위치를 반환하고 발견되지 않으면 null값을 반환한다. 즉, 최후의 문자가 발견된 위치를 반환시켜 준다. 

【 예제13-15 】문자열 string에서 e가 발견된 최초의 주소를 구하는 프로그램(ch13-15.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string="Temple of the king";

char *c;

clrscr(); 

printf("*string data = %s\n", string);

printf("*string, address = %x\n", string); 

c = strchr(string, 'e');

printf("'e', address = %x\n", c);

printf("c = %s\n", c); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string data = Temple of the king

*string, address = 194

'e', address = 195

【 예제13-16 】문자열 string에서 e가 기억된 마지막 주소를 구하는 프로그램(ch13-16.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string="Temple of the king";

char *c;

clrscr();

printf("*string data = %s\n", string);

printf("*string, address = %x\n", string); 

c = strrchr(string, 'e');

printf("last address,'e' = %x\n", c);

getch();

}

▶ 실행결과

*string data = Temple of the king

*string, address = 194

last address,'e' = 1a0



(4) strcmp( ) 함수 및 strncmp( ) 함수 

① 문자열을 비교하는 함수로 앞에서 한 개의 문자씩 사전식 순서로 비교하여 그 결과를

반환한다.

② 형식

#include <string.h>

int strcmp(string1, string2);

int strncmp(string1, string2, size);

char *string1, *string2; ☞ 비교할 문자열

unsigned size; ☞ 비교할 길이

③ 2개의 문자열을 비교한 후 다음과 같이 결과를 반환한다.

  • string1 > string2 이면 양수값을 반환한다.
  • string1 = string2 이면 0을 반환한다.
  • string1 < string2 이면 음수값을 반환한다.

④ strcmp(p, q) 함수

문자열 p와 q를 비교하여 p의 문자열이 알파벳순으로 q보다 앞이면 음수값, 뒤이면 양수값을 반환한다.

【 예제13-17 】문자열 string1과 문자열 string2를 비교하는 프로그램(ch13-17.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string1="America";

char *string2="Korea";

int i;

clrscr(); 

printf("*string1 data = %s\n", string1);

printf("*string2 data = %s\n", string2); 

i = strcmp(string1, string2);

printf("value i = %d\n", i); 

if(i != 0)

printf("string1 not equal to string2\n");

else

printf("string1 equal to string2\n"); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string1 data = America

*string2 data = Korea

value i = -10

string1 not equal to string2


【 예제13-18 】문자열 string1과 문자열 string2를 비교하는 프로그램(ch13-18.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string1="Banana";

char *string2="Bingo";

int i;

unsigned len = 5;

clrscr(); 

printf("*string1 data = %s\n", string1);

printf("*string2 data = %s\n", string2); 

i = strncmp(string1, string2, len);

printf("value i = %d\n", i); 

if(i != 0)

printf("string1 not equal to string2\n");

else

printf("string1 equal to string2\n"); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string1 data = Banana

*string2 data = Bingo

value i = -8

string1 not equal to string2

(5) strset( )함수 및 strnset( ) 함수 

① 문자열을 변경시키는 함수

② 형식

#include <string.h>

char *strset(string, c);

char *strnset(string, c, len);

char *string;

int c;

int len;

③ strset( ) 함수

문자열 string이 가리키는 곳의 모든 문자를 c와 같은 문자로 전부 변경시킨다.

④ strnset( ) 함수

문자열 string이 가리키는 곳의 첫 번째 문자부터 n개의 문자만 c와 같은 문자로 전부 변경시킨다. 

【 예제13-19 】포인터 string이 가리키는 "SONATA" 문자열을 "KKKKKK"로 바꾸는 프로그램(ch13-19.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string="SONATA";

clrscr(); 

printf("*string data = %s\n", string); 

strset(string, 'K');

printf("after string data = %s\n", string); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string data = SONATA

after string data = KKKKKK

【 예제13-20 】포인터 string이 가리키는 "SONATA" 문자열을 "SONKKK"로 바꾸는 프로그램(ch13-20.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string="SONATA";

clrscr(); 

printf("*string data = %s\n", string); 

strset(string+3, 'K');

printf("after string data = %s\n", string); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string data = SONATA

after string data = SONKKK


【 예제13-21 】포인터 string이 가리키는 "SONATA" 문자열을 "KKKATA"로 바꾸는 프로그램(ch13-21.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string="SONATA";

int len = 3;

clrscr(); 

printf("*string data = %s\n", string); 

strnset(string, 'K', len);

printf("after string data = %s\n", string); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string data = SONATA

after string data = KKKATA

(6)strlen( ) 함수 

① 문자열의 길이를 알아내는 함수

② "\0"을 포함하지 않은 문자열 길이를 함수값으로 반환시켜 준다.

③ 형식

#include <string.h>

unsigned strlen(string);

char *string;


【 예제13-22 】문자열 string의 문자열 길이를 구하는 프로그램(ch13-22.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <string.h>

main()

{

char *string="SONATA";

int len ;

clrscr(); 

printf("*string data = %s\n", string); 

len = strlen(string);

printf("string length = %d\n", len); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string data = SONATA

string length = 6


(7) atoi( ) 함수 

① 문자열을 정수로 변환시키는 함수

② 형식

#include <stdlib.h>

int atoi(string);

char *string;


【 예제13-23 】문자열 string1과 문자열 string2를 정수로 변환하여 덧셈하는 프로그램(ch13-23.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

main()

{

char *string1="1234";

char *string2="4321";

int i;

clrscr(); 

printf("*string1 data = %s\n", string1);

printf("*string2 data = %s\n", string2); 

i = atoi(string1) + atoi(string2);

printf("after integer data = %d\n", i); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string1 data = 1234

*string2 data = 4321

after integer data = 5555

(8) strlwr( ) 함수, strupr( ) 함수, strrev( ) 함수 

① strlwr( ) 함수 : 소문자화 하는 함수 

【 예제13-24 】"KBS"를 "kbs"로 변환하는 프로그램(ch13-24.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h> 

main()

{

char *string1="KBS";

char *string2;

clrscr(); 

printf("*string1 data = %s\n", string1);

string2 = strlwr(string1);

printf("*string2 data = %s\n", string2);

getch();

}

▶ 실행결과

*string1 data = KBS

*string2 data = kbs


② strupr( ) 함수 : 대문자화 하는 함수 

【 예제13-25 】"kbs"를 "KBS"로 변환하는 프로그램(ch13-25.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

main()

{

char *string1="kbs";

char *string2;

clrscr(); 

printf("*string1 data = %s\n", string1);

string2 = strupr(string1);

printf("*string2 data = %s\n", string2);

getch();

}

▶ 실행결과

*string1 data = kbs

*string2 data = KBS

③ strrev( ) 함수 : 문자 배열을 반대로 하는 함수 

【 예제13-26 】"Computer"를 "retupmoC"로 변환하는 프로그램(ch13-26.c)

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

main()

{

char *string1="Computer";

char *string2;

clrscr(); 

printf("*string1 data = %s\n", string1); 

string2 = strrev(string1);

printf("*string2 data = %s\n", string2); 

getch();

}

▶ 실행결과

*string1 data = Computer

*string2 data = retupmoC


 

13-4. 문자열 변환 함수 

출력하고자 하는 문자열을 주어진 형식에 따라 편집하여 주는 함수 

(1) sprintf( ) 함수 

① 문자열을 지정된 서식에 따라 출력을 변환하는 함수

② 형식

#include <stdlib.h>

int sprintf(buffer, format, 출력자료1, 출력자료2, …);

char *buffer; ☞ 출력할 문자열

char *format; ☞ 서식 제어 문자열

③ 출력 자료들을 "format"에 표시된 변환 규칙에 따라 buffer에 넣는다. 편집이 끝난 후에는 '\0'을 제일 끝에 추가시킨다. 

【 예제13-27 】다음 프로그램을 실행하라.(ch13-27.c)

char buf1[10], buf2[14], *p = "KOREA";

① sprintf(buf1, "seoul%d%c", 123, '!');

buf1의 내용:

s

e

o

u

l

1

2

3

!

\0

② sprinf(buf2, "%-5s = %5d", p, 123);

buf2의 내용:

K

O

R

E

A


=




1

2

3

\0

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

main()

{

char buf1[10], buf2[14];

char *p="KOREA";

clrscr();

sprintf(buf1, "seoul%d%c", 123, '!');

puts(buf1);

sprintf(buf2, "%5s = %5d",p, 123);

puts(buf2);

getch();

}

▶ 실행결과

seoul123!

KOREA = 123

(2) sscanf( ) 함수 

① 표준 입력에서 서식 지정된 값을 읽어 들인다.

② 형식

#include <stdlib.h>

int sscanf(buffer, format, 입력자료1, 입력자료2, …);

char *buffer; ☞ 입력할 문자열

char *format; ☞ 서식 제어 문자열

③ "buffer" 내의 자료를 "format"에 표시된 변환 규칙에 따라 입력자료1, 입력자료2, … 등에 입력시켜 준다. 이 함수의 반환 값은 입력이 성공되면 입력 변수의 개수가 되며, 실패시에는 -1이 된다. 

【 예제13-28 】다음 프로그램을 실행하여라.(ch13-28)

char *buf = "KOREA 12345 3.14", name[10];

float f;

int i, j;

sscanf(buf, "%s%3d%d%f", name, &i, &j, &f);

▷ buf의 내용 :

K

O

R

E

A



1

2

3

4

5


3

.

1

4

\0

▷ 문자 변수 name의 내용 :

K

O

R

E

A

\0

▷ 정수형 변수 i, j와 실수형 변수 f의 내용 :

i의 내용 :

1

2

3

 

j의 내용 :

4

5

f의 내용 :

3

.

1

4

▶ 프로그램

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

main()

{

char *buf = "KOREA 12345 3.14", name[10];

float f;

int i, j;

clrscr();

sscanf(buf, "%s%3d%d%f", name, &i, &j, &f);

printf("name = %s\ni = %d\nj = %d\nf = %.2f\n", name, i, j, f);

getch();

}

▶ 실행결과

name = KOREA

i = 123

j = 45

f = 3.14

 

출처:http://www.daejin.or.kr/home/hslee2/TC/chap13/chap13-1.htm

Posted by 두장
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