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Game Server Development #1 : Introduction, Thread

Korean Post Programming C++ Server Thread
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Game Server Development - This article is part of a series.
Part 1: This Article

Material #

[C++과 언리얼로 만드는 MMORPG 게임 개발 시리즈] Part4: 게임 서버

Introduction #

서버 프로그래밍은 식당을 운영하는 것과 비슷하다.

식당 : 프로세스 (그림판, 메모장, 게임 서버 등등)

직원 : 스레드

영혼 : CPU 코어

식당에는 주방, 서빙, 청소 등을 담당하는 직원들이 있고, 각각의 직원들은 자신의 역할을 혼자서 또는 여럿이서 수행한다.

현실과는 살짝 다른 부분이 있다면, 식당 관리자(운영체제) 가 존재하고, 영혼이 직원에게 들어가 있을 때(CPU Time 을 가졌을 때) 만 일을 한다고 보면 된다.

어떤 식당을 운영하느냐에 따라 직원의 수가 달라지고, 직원의 역할이 달라진다.

간단한 음식을 파는 가게라면 혼자서도 운영할 수 있다.

게임 서버라면 단일 스레드로도 충분할 수 있다.

큰 식당은 혼자서 감당할 수 없다. 여러 직원들이 각자의 역할을 수행하며 식당을 운영해야 한다.

같은 맥락으로, MMO 같은 대규모 인원이 접속하여 다량의 데이터와 입력을 처리해야하는 경우, 멀티 스레드 구조를 사용하는 것이 필수적이다.

이제 스레드를 사용하여 멀티 스레드 프로그래밍에 대해 알아보자.

Thread #

스레드는 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위이다.

프로세스는 최소 하나의 스레드를 가지고 있다.

스레드는 프로세스 내의 Code, Data, Heap 메모리를 공유한다.

Stack 은 각각의 스레드에 따로 존재한다.

사진으로 보면 아래와 같다.

Process & Thread

Basic Thread Usage #

C++ 에서 스레드를 사용하는 기본적인 방법은 아래와 같다.

#include <iostream>
#include <thread>

void HelloThread()
{
	std::cout << "Hello Thread" << std::endl;
}

int main()
{
	std::thread t(HelloThread);
	
	t.join();

	return 0;
}

위 코드의 결과는 다음과 같다.

Hello Thread

thread 헤더를 include 하고, std::thread 를 사용하여 스레드를 생성한다.

std::thread 생성자의 인자로 함수를 넘겨주면, 해당 함수를 새로운 스레드로 실행한다.

join 을 호출하여 스레드가 종료될 때까지 기다린다.

Postpone Thread Execution #

스레드를 생성하고 곧바로 사용하는 방법도 있지만, 아래와 같이 생성만 하고 나중에 사용할 수도 있다.

#include <iostream>
#include <thread>

void HelloThread()
{
	std::cout << "Hello Thread" << std::endl;
}

int main()
{
    // thread 객체만 생성. 실행은 하지 않음.
	std::thread t;
	
    // 나중에 실행
    t = std::thread(HelloThread);

	t.join();

	return 0;
}

Passing Arguments #

스레드가 실행할 함수에 대한 인자를 넘겨주는 방법은 아래와 같다.

#include <iostream>
#include <thread>

void HelloThread(int n)
{
	std::cout << "Hello Thread #" << n << std::endl;
}

int main()
{
	std::thread t(HelloThread, 1);
	
	t.join();

	return 0;
}

위 코드의 결과는 다음과 같다.

Hello Thread #1

Thread ID #

스레드는 각각 고유한 ID 를 가지고 있다.

get_id 함수를 사용하여 스레드의 ID 를 얻을 수 있다.

ID 를 사용하여 스레드를 구분할 수 있다.

발급된 ID 는 다른 스레드와 겹치지 않음을 보장하며, 랜덤하게 지정된다.

ID 는 스레드가 실행되고 있지 않은 경우 0 을 반환한다.

#include <iostream>
#include <thread>

void HelloThread()
{
	std::cout << "Hello Thread" << std::endl;
}

int main()
{
	std::thread t = std::thread(HelloThread);

	std::cout << t.get_id() << std::endl;

	t.join();

	std::cout << t.get_id() << std::endl;

	return 0;
}

위 코드의 결과는 다음과 같다.

29836
Hello Thread
0

스레드가 종료되기 전에는 29836 이라는 ID 를 가지고 있었다.

스레드가 join 을 넘어 종료된 이후, 다시 ID 를 얻어오면 0 이 반환된다.

Joinable #

스레드는 현재 사용되고 있는지에 대한 체크를 위해 joinable 함수를 제공한다.

#include <iostream>
#include <thread>

void HelloThread()
{
	std::cout << "Hello Thread" << std::endl;
}

int main()
{
	std::thread t = std::thread(HelloThread);

	std::cout << t.joinable() << std::endl;

	t.join();

	std::cout << t.joinable() << std::endl;

	return 0;
}

위 코드의 결과는 다음과 같다.

1
Hello Thread
0

joinable 함수는 구체적으로 *thisget_id 의 반환값이 std:🧵:id()(기본값) 와 다른지 체크한다.

get_id() != std::thread::id()

따라서 비활성 상태의 스레드는 joinable 하지 않다.

스레드가 실행을 완료했지만, 아직 join 되지 않은 스레드는 여전히 활성 상태로써 실행되고 있는 스레드로 간주되므로 joinable 하다.

Hardware Concurrency #

스레드를 생성할 때, hardware_concurrency 함수를 사용하여 현재 시스템에서 지원하는 최대 스레드 개수의 hint 를 얻을 수 있다.

이 값은 hint 로써 제공되며, 100% 신뢰해서는 안된다.

#include <iostream>
#include <thread>

int main()
{
	unsigned int n = std::thread::hardware_concurrency();

	std::cout << n << std::endl;

	return 0;
}

현재 사용중인 Ryzen 3700X CPU 는 8 코어 16 스레드 CPU 이며, 위 코드의 결과는 다음과 같다.

16

논리 스레드의 갯수를 반환해준다고 보면 된다.

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