Danny Kim

Danny Kim

Let’s Live an Ordinary Life with the Extraordinary Talents !!

NCS (9) - Zephyr RTOS 쓰레드 (Threads) 종류

Updated:

9. Zephyr RTOS 쓰레드 (Threads) 종류

Zephyr RTOS 와 같이 임베디드 장치를 위해 고안된 실시간 운영체제에서의 쓰레드는 (데스크톱 CPU 의 성능 지표로 언급되는 쓰레드와는 달리) 특정 동작을 정의해둔 단위 실행 블록 (함수)에 가깝다. 이번 포스팅에서는 아래 참고링크의 내용을 토대로 Zephyr RTOS 구성 요소 중 쓰레드에 대해 보다 자세히 살펴볼 예정이다.

A thread is the “smallest logical unit of execution” for the RTOS scheduler that is competing for the CPU time.

9.1 쓰레드 종류

이전 포스팅 의 8.2 에서 언급했듯이, Zephyr RTOS 를 기반으로하는 nRF Conenct SDK 에서의 쓰레드의 상태는 크게 “실행중, 실행가능, 실행불가” 세 가지로 구분된다.

또한, nRF Connect SDK 개발 단계에서 주로 다루게 되는 쓰레드는 “Preemptible 쓰레드”로 음의 우선순위를 갖지 않는다는(non-negative) 특징이 있는데, 이는 다시 다음의 세 가지 유형의 쓰레드로 세분화 된다.

  • System threads
  • User-created threads
  • Worqueue threads

9.1.1 System threads

시스템 쓰레드는 RTOS 초기화 단계에서 자동적으로 생성되는 쓰레드로, nRF Connect SDK 에서는 기본적으로 두 개의 시스템 쓰레드가 자동으로 생성된다 (main and idle threads).

  • main thread: RTOS 초기화 루틴 실행 후 애플리케이션 내에 main() 함수를 호출. 만약 main() 함수가 없을 경우에는 자동으로 main thread 가 종료된다.
  • idle thread: 실행시킬 쓰레드 등 다른 작업이 없을 때 실행되는 쓰레드. 비어있는 루프문을 실행시키면서 다음 명령어를 대기하거나 (노르딕 디바이스의 경우)전원 관리 모듈에 의해 전력 소모를 줄이는 서비스를 동작시키기도 한다.

시스템 쓰레드는 애플리케이션 구동을 위한 기본적인 쓰레드이며, 붙여진 명칭을 보면 대략적으로 그 쓰임새를 유추할 수 있다.

9.2 User-created threads

사용자 (= 개발자)가 직접 정의하는 쓰레드로 특정 업무 (예: 센서 데이터 측정, 데이터 프로세싱 등)를 위해 생성 후 활용하는 단위 실행 블록에 해당 된다.

대부분의 쓰레드가 그렇겠지만 특히나 사용자가 직접 정의하는 User-created threads 의 경우 스케쥴러 (Scheduler)가 해당 쓰레드를 관리할 수 있도록 우선순위를 배정해주고 경우에 따라서는 "Rescheduling point"를 지정해주기도 해야한다.

9.3 Worqueue threads

nRF Connect SDK 에는 워크 아이템 (= a work item)이라는 요소가 있다.

실제로는 단순한 사용자 정의 함수에 불과하지만, 이러한 함수들을 호출하기 위해 사용되는 전용 쓰레드인 워큐 쓰레드 (Workqueue threads)가 있으며 그 때문인지 앞서 언급한 특정 함수들을 가리켜 워크 아이템이라고 구분지어 부르고 있다.

워큐 쓰레드 또한 이름에서 짐작할 수 있듯 FIFO 메커니즘으로 동작하는 큐 (Queue)라고 보면 될 듯 하다. 굳이 차이점이 있다면 워크 아이템을 처리하기 위한 큐에 해당한다는 것. 그렇다면, 굳이 특정 함수를 워크 아이템으로 정의해서 워큐 쓰레드에 의해 처리하고자하는 이유는 뭘까?

The main use of this is to offload non-urgent work from an ISR or a high-priority thread to a lower priority thread.

급하게 처리해야할 작업이 아니라면 이러한 일들은 (work items) 굳이 높은 우선순위를 갖는 쓰레드나 ISRs 에서 처리하도록 하지 말고, 우선순위가 낮은 워큐 쓰레드 에 작업을 맡겨서 CPU 효율을 증진시키기 위함인 듯 하다.

9.2 워큐 쓰레드

nRF Connect SDK 에서 구성하는 시스템은 하나 이상의 워큐 쓰레드 가질 수 있는데, 일단 시스템 워큐 쓰레드라는게 자동으로 생성된다. 여기서 다소 특이한(?) 부분은 워큐 쓰레드를 통해 관리되는 아이템 (work items)을 실질적으로 실행시키는 주체는 “시스템 쓰레드“ 라는 점이다.

워큐 쓰레드와 아이템은 다음과 같은 방식으로 활용될 수 있다.

위 그림을 보면 우선순위가 높은 쓰레드 혹은 ISRs 에서는 아이템 (수행해야하는 업무)을 워큐 쓰레드에 배정만 하고 해당 루틴을 빠져나오는 것을 볼 수 있다. 이는 높은 우선 순위가 요구되는 루틴의 경우 다른 기능의 수행을 차단해버릴 수 있기 때문에 (Blocking), 시간이 오래 소요될 것으로 예상되는 업무를 워크 아이템으로 배정하고 해당 루틴을 빠져나오는 식으로 설계하는 듯 하다.

Comments

You May Also Enjoy