Ruby Academy · 강의

GVL 해설

스레드가 제한되는 이유를 알아봅니다

GVL 해설은(는) CoddyKit의 무료 Ruby Academy 강의입니다. 이것은 4개 중 2번째 강의입니다. 아래에서 전체 강의를 무료로 읽을 수 있으며, 내장 코드 에디터와 24/7 AI 튜터와 함께 브라우저에서 직접 실습할 수 있습니다. 이 강의는 Ruby Academy 학습 경로의 일부이며, 진행 상황이 웹과 CoddyKit 앱에 동기화됩니다. Ruby Academy 강의에는 총 4개의 강의가 포함되어 있습니다.

GVL이란 무엇인가요

GVL(전역 VM 잠금, 역사적으로는 GIL)은 표준 루비 인터프리터인 씨루비 내부의 잠금입니다.

한 번에 하나의 스레드만 루비 코드를 실행할 수 있도록 합니다.
인터프리터의 내부 구현이 동시에 실행되면서 손상되지 않도록 보호합니다.
순수 루비의 CPU 작업이 여러 코어에서 실제로 병렬 실행되지 않게 합니다.

GVL을 이해하면 스레드가 언제 도움이 되고 언제 도움이 되지 않는지 알 수 있습니다.

존재하는 이유

씨루비의 내부 구성 요소(객체 할당, 가비지 컬렉션, C 확장 기능)는 모두 스레드 안전을 고려하여 작성된 것은 아니었습니다. GVL은 루비 실행을 직렬화하여 이를 안전하게 만듭니다.

GVL을 깔끔하게 제거하기는 어렵기 때문에 씨루비는 이를 유지합니다. 제이루비와 TruffleRuby에는 GVL이 없으므로 여러 코어에서 스레드를 실행할 수 있습니다.

CPU 중심 작업

CPU 중심 작업(수학 계산, 정렬, 구문 분석)에서는 씨루비의 GVL 때문에 스레드가 작업 속도를 높이지 못합니다. 어떤 순간에도 하나의 스레드만 루비 코드를 실행하므로 CPU 스레드 두 개를 사용해도 대략 스레드 하나에 오버헤드만 추가된 결과와 같습니다.

def heavy
  sum = 0
  1_000_00.times { |i| sum += i }
  sum
end

puts heavy
puts "CPU work does not parallelize under the GVL"

입출력이 GVL을 해제하는 방식

핵심은 차단 입출력이 GVL을 해제한다는 점입니다. 스레드가 일시 중지하거나 파일을 읽거나 소켓을 기다릴 때 잠금을 놓아 다른 스레드가 루비를 실행할 수 있게 합니다.

GVL이 있어도 스레드가 입출력 중심 작업에 뛰어난 이유가 바로 이것입니다.

대기 겹쳐 실행하기

여기서는 세 스레드가 각각 잠시 일시 중지합니다. sleep이 GVL을 해제하므로 대기 시간이 겹칩니다. 전체 시간은 0.6초가 아니라 약 0.2초입니다.

start = Time.now

threads = (1..3).map do
  Thread.new { sleep 0.2 }
end
threads.each(&:join)

elapsed = Time.now - start
puts "Elapsed roughly: " + elapsed.round(1).to_s

C 확장 기능은 GVL을 해제할 수 있습니다

잘 작성된 C 확장 기능은 rb_thread_call_without_gvl을 사용하여 긴 네이티브 계산을 수행하는 동안 GVL을 해제할 수 있습니다. 이렇게 하면 루비 스레드가 계속 실행되는 동안 대규모 네이티브 작업을 병렬로 실행할 수 있습니다.

따라서 일부 라이브러리는 씨루비에서도 실제 병렬성을 구현합니다.

스레드는 여전히 전환됩니다

CPU 작업을 수행할 때도 GVL이 다른 스레드를 영원히 멈추게 하지는 않습니다. 씨루비는 주기적으로 스레드를 선점하여 각 스레드가 차례를 얻도록 합니다. 작업은 동시적(서로 끼워 실행됨)이지만 병렬적(동시에 실행됨)이지는 않습니다.

results = []
mutex = Mutex.new

threads = (1..3).map do |n|
  Thread.new do
    mutex.synchronize { results << n }
  end
end
threads.each(&:join)

puts "Collected: " + results.sort.join(", ")

동시성과 병렬성 비교

중요한 두 용어를 알아봅시다.

동시성: 작업이 서로 끼워 실행되면서 진행되는 방식입니다. GVL은 이를 허용합니다.
병렬성: 서로 다른 코어에서 작업이 정확히 같은 순간에 실행되는 방식입니다. GVL은 루비 코드에서 이를 막습니다.

스레드는 동시성을 제공하고, 랙터는 병렬성을 제공합니다.

GVL 우회하기

씨루비에서 CPU 작업에 여러 코어를 사용하려면 다음 방법을 사용할 수 있습니다.

여러 프로세스를 실행합니다(각 프로세스에는 자체 GVL이 있습니다).
프로세스 내부 병렬성에 랙터를 사용합니다.
GVL을 해제하는 C 확장 기능에 작업을 맡깁니다.

입출력 작업에는 일반 스레드만으로도 대개 충분합니다.

프로세스는 GVL을 공유하지 않습니다

각 OS 프로세스는 자체 GVL이 있는 자체 루비 VM을 실행합니다. 포크를 사용하면 실제 병렬성을 얻을 수 있지만, 프로세스는 메모리를 공유하지 않으며 더 많은 자원을 사용합니다.

puts "Main pid: " + Process.pid.to_s
puts "Each forked process has its own independent GVL"

전략 선택하기

판단 안내:

대기할 일이 많나요? 스레드를 사용합니다.
CPU 작업이 많고 코어를 활용하고 싶나요? 프로세스 또는 랙터를 사용합니다.
공유 상태가 필요한가요? Mutex와 함께 스레드를 사용하되 GVL의 제약에 유의합니다.

GVL을 이해하면 CPU 스레드의 성능이 선형적으로 확장될 것이라고 기대하는 흔한 실수를 피할 수 있습니다.

간단 확인

GVL에 대한 이해도를 확인해 보세요.

복습: GVL

전역 VM 잠금에 대해 기억할 핵심 내용입니다.

씨루비에서는 한 번에 하나의 스레드만 루비 코드를 실행합니다.
인터프리터의 내부 구현을 보호합니다.
차단 입출력은 GVL을 해제하여 대기 시간을 겹칠 수 있게 합니다.
CPU 중심 루비 작업은 여러 코어에서 병렬화되지 않습니다.
실제 병렬성을 얻으려면 프로세스 또는 랙터를 사용합니다.

다음에는 가벼운 협력적 동시성을 제공하는 파이버를 살펴봅니다.

자주 묻는 질문

“GVL 해설” 강의는 무료인가요?

네 — “GVL 해설” 전체 내용을 이 웹사이트에서 무료로 읽을 수 있습니다. 인터랙티브하게 실습하려면(내장 코드 에디터와 24/7 AI 튜터), CoddyKit PRO로 업그레이드하면 Ruby Academy 강의 전체를 잠금 해제할 수 있습니다. Ruby Academy 강의에는 총 4개의 강의가 포함되어 있습니다.

“GVL 해설”에서 뭘 배우나요?

스레드가 제한되는 이유를 알아봅니다 브라우저에서 직접 실행하는 실습 코드로 Ruby Academy을(를) 배우며, 24/7 AI 튜터가 강의를 진행하면서 질문에 답변해줍니다.

Ruby Academy을(를) 시작하는 데 경험이 필요한가요?

사전 경험은 필요하지 않습니다. CoddyKit의 Ruby Academy은(는) 초급자부터 고급 학습자까지를 위해 구성되어 있으므로, 여기서 시작하거나 처음부터 시작할 수 있으며 자신의 속도대로 진행할 수 있습니다. 이것은 4개 중 2번째 강의입니다.

“GVL 해설” 강의는 얼마나 걸리나요?

대부분의 CoddyKit 강의는 약 5~10분이 소요됩니다. 각 강의는 간결하고 인터랙티브하여 꾸준한 진행이 가능하며, 웹과 앱에서 중단한 부분부터 바로 시작할 수 있습니다.

이 Ruby Academy 강의에서 코드를 작성하고 실행할 수 있나요?

네. 모든 Ruby Academy 강의에는 내장 코드 에디터가 포함되어 있으므로, 브라우저에서 바로 실제 코드를 작성하고 실행한 후 즉시 AI 피드백을 받을 수 있습니다 — 로컬 설정이 필요 없습니다.

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