[C# 4.0] Parallel Extension - [2] 병렬 처리 아키텍처

지난 포스트에서 Parallel Extension 과 LINQ 를 이용한 PLINQ 에 대해서 살펴보았습니다. 지난번에 얘기했듯이 Manual Parallelism 는 Parallel Extension 의 성능을 절대 따라올 수 없다고 하였습니다. 왜냐하면, Parallel Extension 은 Manual Parallelism 의 병렬 처리 방식보다 더 복잡하고 정밀한 병렬 처리 알고리즘으로 처리하기 때문입니다.

 

Parallel Extension 이란?

 

Parallel Extension 은 전혀 새로운 것이 아닙니다. C# 3.0 의 LINQ 는 LINQ 쿼리식을 제공하기 위해 새로운 컴파일러(Compiler) 가 필요했습니다. 정확히 말하자면 C# 의 Language Service 의 버전이 업그레이드 되었고, LINQ 쿼리식을 편하게 쓸 수 있도록 Visual Studio 2008 을 사용해야 했습니다. 다시 말하자면, LINQ 쿼리식이 아닌 확장 메서드(Extension Methods) 만으로 쿼리가 가능했다는 것이 이것을 증명해 줍니다. 확장 메서드(Extension Methods) 는 결국 IL 레벨에서는 정적(Static) 인 인스턴스(Instance) 에 불과하니까요.

 

Parallel Extension 은 새로운 컴파일러(Compiler) 가 필요하지 않습니다. .NET 의 기본적인 코어(Core) 인 mscorelib.dll, System.dll, System.Core.dll 만을 사용하여 구현이 되었습니다. 그리고, 기존의 ThreadPool 을 개선하였고, LINQ 와 통합하여 선언적으로 Parallel Extension 을 사용할 수도 있게 되었죠.

 

Task Parallel Library 를 통해 데이터 처리와 어떤 작업(Task)에 대해서도 병렬 처리도 가능해 졌습니다. 이제는 데이터의 병렬 처리뿐만 아니라, 작업(Task) 단위로서도 Task Parallel Library 로 병렬 처리가 가능합니다.

 

이제는 병렬 처리가 된다는 것이 중요한 게 아니라, 병렬 처리의 내부적인 예외 핸들링이나 Visual Studio 에서 디버깅(Debugging) 이 가능합니다. 이러한 새로운 매커니즘으로 내부적으로는 새로운 예외 핸들링 모델(Exception Handling Model)이 필요했습니다.

 

또한 .NET Framework 4.0 의 Parallel Extension 은 다양한 언어를 지원합니다. C#, VB.NET, C++, F# 그리고 .NET 컴파일러(Compiler) 로 컴파일(Compile) 되는 언어라면 상관없습니다. RoR/PHP 라도 .NET 컴파일러(Compiler)에 의해 컴파일(Compile) 된다면 Parallel Extension 을 사용하는데 전혀 문제가 없습니다.

 

 

Parallel Extension 아키텍처

 

 
[그림1] Parallel Extension 아키텍처 (클릭하면 확대)

 

Parallel Extension 의 병렬 처리는 .NET 컴파일러(Compiler) 로 컴파일(Compile) 되는 어떤 언어든 차별을 두지 않고, 병렬 처리 기능을 사용할 수 있습니다. PLINQ 로 작성된 쿼리(Query)는 별도의 PLINQ Provider 의 엔진(Engine) 에서 쿼리를 분석하는 과정을 거치게 됩니다. 쿼리 분석(Query Analysis) 에 의해 선언된 LINQ 쿼리식을 분석하여 최적의 알고리즘으로 각각의 작업을 배치하게 됩니다.

 

[그림2] Parallel Extension 작업 분할

 

각각 분배되는 작업은 쓰레드 큐(Thread Queue) 에 쌓이고, 이 큐에 쌓이는 작업(Task) 는 실제 작업자 쓰레드(Worker Thread) 에 할당이 됩니다. 하지만, Parallel Extension 은 단지 쓰레드에 할당하는 것으로 작업이 마치기를 기다리지 않습니다. 만약, 작업을 분배하는 것은 Manual Parallel 과 크게 다르지 않기 때문이죠.

 

[그림3] Parallel Extension 작업 분할

 

Parallel Extension Library 는 병렬 처리의 작업을 지속적으로 최적의 상태를 감시합니다. 예를 들어, A 의 작업이 Task 1, Task 2, Task 3 인데, B 의 작업은 모두 마친 상태라고 할 때, Parallel Extension Library 는 A 의 작업을 놀고 있는 B 에게 또 다시 분배합니다. 이러한 반복적으로 병렬 처리의 작업이 최적화 될 수 있도록 하여, 병렬 처리의 성능을 극한으로 끌어올립니다.

 

LINQ 만 알면 난 병렬 처리 개발자

 

Parallel Extension 은 LINQ 와 통합하기 위한 프로바이더(Provider) 를 제공합니다. 아직 LINQ 잘 모르신다구요? 30분만 투자하시면 LINQ 를 사용하는데 큰 지장이 없습니다. 그리고 그만큼 쉽습니다. LINQ 를 이해하기 위해 제네릭(Generic), 확장 메서드(Extension Methods), 익명 타입(Anonymous Methods) 도 함께 공부하시면 좋습니다.

 

예전에 이런 광고도 있었죠.

“비트 박스를 잘하려면?” “북치기, 박치기만 잘하면 됩니다”

 

“그럼 PLINQ 개발자가 되기 위해서는?” “AsParallel() 만 잘하면 됩니다.”

 

맞습니다. Parallel Extension Library 의 AsParallel() 확장 메서드(Extension Methods) 만 알면 당신도 이제 병렬 처리 개발자입니다. 이전 포스트의 PLINQ 예제에서 처럼 AsParallel() 만 붙이면 그것을 PLINQ 라고 부릅니다^^ (병렬 처리를 위한 확장 메서드와 옵션은 더 많이 존재합니다 )

 

아래는 AsParallel() 의 예 입니다.

private static void ParallelSort(List<Person> people) {        var resultPerson = from person in people.AsParallel()                                     where person.Age >= 50                                     orderby person.Age ascending                                     select person;          foreach (var item in resultPeople) { } }

 

하지만, 무조건적인 병렬 처리는 오히려 성능을 저하시킬 수 있습니다. 특히 PLINQ 를 사용하는 병렬 처리는 .NET Framework 내부적으로 쿼리 분석(Query Analysis) 과정을 거치게 됩니다. 각각 프로세서(Processor) 에 분배된 데이터는 또 분배되고, 최적화가 가능할 때까지 계속적으로 분배됩니다. 마치 세포 분할이 일어나는 것처럼 말이죠.

 

최소한 병렬 처리를 위해서 데이터에 대한 이해와 추측이 가능해야 합니다.

 

1.     추측 가능한 데이터의 양

2.     추측 가능한 데이터의 내용

3.     추측 가능한 데이터 처리 시간

 

이러한 최소한의 예측 작업을 하지 않는다면, 오히려 PLINQ 를 이용할 때 성능은 저하될 수 있습니다. 예를 들어, 평균 데이터의 양이 2개라고 가정한다면, PLINQ 의 쿼리 분석(Query Analysis) 작업은 오히려 성능 저하의 요인이 됩니다. PLINQ 쿼리 분석(Query Analysis) 에 의해 두 번째 프로세서(Processor) 의 사용량이 많다고 판단된다면, 병렬 작업은 의미가 없어지고 오히려 성능을 저하시킬 테니까요. ‘쿼리 분석(Query Analysis) 작업이 눈 깜빡 거리는 시간(1/40(0.025)초) 이라고 가정한다면, 만 건의 쿼리 분석(Query Analysis) 작업 시간은 250초’가 될 테니까요.