[운영체제] PC Register를 스레드마다 독립적 할당하는 이유는?

PC (Program Counter) Register를 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유는 각 스레드가 독립적인 실행 흐름을 가지기 위해서입니다. **프로그램 카운터(PC)**는 현재 실행 중인 명령어의 메모리 주소를 가리키는 레지스터로, 각 스레드가 어디서 실행을 중단했는지, 또는 어느 명령어에서 실행을 계속해야 하는지를 관리합니다.

따라서 각 스레드마다 독립적인 PC 레지스터를 할당해야 하는 이유는 다음과 같습니다:

1. 스레드마다 독립적인 실행 흐름 보장

• 각 스레드는 독립적인 실행 흐름을 가집니다. 즉, 각 스레드는 자신만의 명령어 순서를 따라 실행됩니다.
• PC 레지스터는 현재 실행 중인 명령어의 주소를 저장하고 있기 때문에, 각 스레드는 자신의 실행 흐름에 맞는 고유한 프로그램 카운터를 가져야 합니다.
• 만약 모든 스레드가 동일한 PC 레지스터를 공유하게 되면, 스레드 간 실행 흐름이 충돌하거나, 컨텍스트 스위칭 시 올바른 명령어를 실행하지 못하는 문제가 발생할 수 있습니다.

2. 독립적인 컨텍스트 스위칭

• 컨텍스트 스위칭은 운영 체제가 CPU에서 하나의 스레드를 다른 스레드로 전환할 때 발생하는 과정입니다. 이때, 현재 실행 중인 스레드의 상태를 저장하고, 전환될 스레드의 상태를 복원해야 합니다.
• 각 스레드마다 독립적인 PC 레지스터가 있어야, 스레드 간의 컨텍스트 스위칭을 정확히 수행할 수 있습니다.
• 예를 들어, 스레드 A에서 스레드 B로 전환되면, 스레드 A의 PC 레지스터 값은 저장되고, 스레드 B의 PC 레지스터 값이 복원되어 스레드 B가 이전에 실행 중이던 명령어부터 실행을 시작할 수 있습니다.

3. 병렬 실행 지원

• 여러 스레드는 병렬로 실행될 수 있습니다. 병렬 실행되는 각 스레드는 자신만의 프로그램 카운터 값을 유지해야 각 스레드가 독립적인 명령어 실행을 할 수 있습니다.
• 동일한 PC 레지스터를 공유하는 경우, 다수의 스레드가 동시에 실행될 때 혼선이 발생할 수 있으며, 각 스레드가 올바르게 동작하지 않을 수 있습니다.

4. 스레드 간 상호 간섭 방지

• 각 스레드는 자신의 실행을 독립적으로 처리해야 하므로, 다른 스레드의 실행 흐름에 영향을 주지 않도록 PC 레지스터를 분리하여 할당합니다.
• 만약 모든 스레드가 동일한 PC 레지스터를 사용하게 된다면, 한 스레드가 다른 스레드의 명령어 흐름을 침해할 수 있습니다. 이를 통해 스레드 간 간섭을 방지할 수 있습니다.

5. 디버깅과 트레이싱 용이성

• 각 스레드가 고유한 PC 레지스터를 가짐으로써, 디버깅 및 트레이싱을 보다 쉽게 할 수 있습니다. 각 스레드의 현재 명령어 위치를 추적할 수 있고, 스레드가 실행 중인 코드의 흐름을 독립적으로 확인할 수 있습니다.
• 스레드 간에 PC 레지스터를 공유하지 않으면, 각 스레드의 동작을 개별적으로 추적할 수 있습니다.

6. 스레드의 독립성 및 효율성

• 각 스레드는 독립적으로 실행되며, 자신만의 실행 상태를 유지해야 합니다. PC 레지스터를 각 스레드마다 독립적으로 할당함으로써, 스레드는 다른 스레드와 관계없이 자신이 시작한 위치부터 계속해서 실행할 수 있습니다.
• 이는 효율적인 멀티태스킹과 병렬 처리를 가능하게 합니다.

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결론

PC 레지스터를 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유는 각 스레드가 독립적인 실행 흐름을 가지기 위해서입니다. 각 스레드는 자신의 실행 상태를 독립적으로 유지하고, 컨텍스트 스위칭을 정확하게 처리하기 위해 자신만의 프로그램 카운터를 가져야 합니다. 이를 통해 병렬 실행, 디버깅, 스레드 간 상호 간섭 방지 등이 가능하며, 스레드의 효율적인 실행을 지원합니다.