C# - 윈도우 환경에서 usleep을 호출하는 방법
종종 리눅스의 예제 코드에서 usleep을 보게 되는데요,
// filtering_video.c
// ; https://ffmpeg.org/doxygen/trunk/filtering_video_8c-example.html
if (delay > 0 && delay < 1000000)
usleep(delay);
제가 예전에 설명한 글을 잘 이해하신 분이라면,
윈도우 운영체제의 시간 함수 (1) - GetTickCount와 timeGetTime의 차이점
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11063
윈도우 운영체제의 시간 함수 (2) - Sleep 함수의 동작 방식
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11065
저 usleep 함수가 micro-second 단위의 지연 기능을 일반적인 Sleep Win32 API처럼 구현될 수는 없다는 것을 알 수 있을 것입니다. 즉, usleep을 호출한 순간 CPU 소비를 하지 않으면서 운영체제가 해당 시간이 지난 후 스레드를 깨워 주는 식으로 동작할 수는 없다는 것입니다.
왜냐하면, 윈도우 운영체제의 경우 기본적으로 16ms, 빠르게 설정한 경우 1ms마다 스케줄러가 스레드를 깨워 동작하게 되는데요, 따라서 마이크로 초 단위로 설정하고 싶어도 어차피 최소 1ms 이후에 스레드가 깨어나 동작하게 되므로 의미가 없는 것입니다.
혹시 이 기능을 운영체제가 제공해야 한다면 어떤 식이어야 할까요? 우선, 운영체제의 도움을 받기 위해 User 모드에서 Kernel 모드로의 전환 비용을 고려해야 합니다. 가령, 다음의 글을 보면,
How many cycles does it take to switch from user mode to kernel mode on an x86 / x64 chip (Windows or Linux/Unix)?
; https://www.quora.com/How-many-cycles-does-it-take-to-switch-from-user-mode-to-kernel-mode-on-an-x86-x64-chip-(Windows-or-Linux-Unix)
A raw hardware switch, i.e. a sysenter directly to a sysexit instruction is in the 100-200 cycle range ... In practice the leanest, meanest system call you're likely to pull off, e.g. getppid, will take 1000 cycles or so.
sysenter/sysexit만으로도 100에서 200 사이클이 소비되고, getppid 같은 간단한 시스템 함수조차도 1,000 사이클이 소비된다고 합니다. 그렇다면, 여러분의 CPU가 보통 3~4Ghz로 동작할 텐데요, 계산을 간단하게 유지하기 위해 1GHz CPU라고 가정하면,
1GHz = 1000 * 1000 * 1000 * 1
1cycle 소비 시간 = 1/1000000000
= 0.000000001초
1cycle에 0.000000001초가 걸립니다. 그럼 getppid API를 기준으로 1000 사이클이 소비된다고 가정했을 때 해당 usleep 시스템 함수를 호출하는 것만으로 0.000001초가 걸립니다. 즉, 시스템 함수의 호출만으로 1마이크로 초가 걸리는 것입니다.
하지만, 아직 가장 큰 문제가 해결되지 않았습니다. 마이크로 초 시간 동안 스레드를 쉬게 하려면 마이크로 초 단위로 스케줄러를 동작시켜줄 인터럽트 발생 타이머가 필요합니다. 만약 PC에 그 하드웨어가 있다고 가정하고, CPU가 약 1천 개의 사이클로 명령을 수행할 때마다 인터럽트를 발생시켜 인터럽트 핸들러를 수행시키도록 하는 상황이라면 그 부하는 CPU의 성능을 심각하게 저하시킬 것입니다.
이쯤 되면, 마이크로 초의 sleep 기능이 얼마나 구현이 힘든 것인지 느낌이 오시죠? ^^
그나저나, 리눅스에서는 어떻게 usleep 기능을 구현하고 있는지는 모르겠지만, 일단 윈도우에서 이 기능은 user 모드에서 무한 루프를 돌며 시간을 측정하는 식으로밖에 구현할 수 없습니다. 결국 C#에서 구현한다면 이런 식으로 흉내 낼 수 있습니다.
static internal class NativeMethods
{
[DllImport("Kernel32.dll")]
static extern bool QueryPerformanceCounter(out long lpPerformanceCount);
[DllImport("Kernel32.dll")]
static extern bool QueryPerformanceFrequency(out long ticksPerSecond);
static long _ticksPerMicroSeconds;
static NativeMethods()
{
long ticksPerSecond = 0;
QueryPerformanceFrequency(out ticksPerSecond);
_ticksPerMicroSeconds = ticksPerSecond / 1000 / 1000;
}
public static void uSleep(long waitTime)
{
long utime1 = 0, utime2 = 0;
QueryPerformanceCounter(out utime1);
utime1 = utime1 / _ticksPerMicroSeconds;
do
{
QueryPerformanceCounter(out utime2);
utime2 = utime2 / _ticksPerMicroSeconds;
} while ((utime2 - utime1) < waitTime);
}
}
어떻게든 CPU를 쉬게 하고 싶지만, 결국 CPU를 쉬게 하려는 구조를 구현하려면 CPU가 더 일하게 되는 아이러니한 상황이 발생하므로, 차라리 필요한 스레드에 한해 저렇게 무한 루프로 구현하는 것이 오히려 CPU를 쉴 수 있게 해주는 것입니다. ^^
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