뮤텍스(Mutex) & 세마포어(Semaphore)
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[공룡책 정리] 뮤텍스와 세마포어: Chapter 6. Synchronization Tools
세마포어(Semaphore) & 뮤텍스(Mutex) 공유된 자원에 여러 프로세스가 동시에 접근하면서 문제가 발생할 수 있다. 이때 공유된 자원의 데이터는 한 번에 하나의 프로세스만 접근할 수 있도록 제한을 둬야 한다. 이를 위해 나온 것이 바로 ‘세마포어’ 와 ‘뮤텍스’
세마포어(Semaphore) : 공유된 자원의 데이터 혹은 임계영역(Critical Section) 등에 여러 Process 혹은 Thread가 접근하는 것을 막아줌(즉, 동기화 대상이 하나 이상)
세마포어P(Proberen), V(Verhogen) 연산 P : 임계 구역 들어가기 전에 수행( 프로세스 진입 여부를 자원의 개수(S)를 통해 결정) V : 임계 구역에서 나올 때 수행( 자원 반납 알림, 대기 중인 프로세스를 깨우는 신호) 구현 방법 procedureP(S) –> 최초S값은1임 whileS=0 dowait –> S가0면1이 될때까지 기다려야 함 S :=S-1 –> S를0로 만들어 다른 프로세스가 들어 오지 못하도록 함 endP — 임계 구역— procedureV(S) –> 현재상태는S가0임 S :=S+1 –> S를1로 원위치시켜 해제하는 과정 endV 이를 통해, 한 프로세스가P 혹은V를 수행하고 있는 동안 프로세스가 인터럽트 당하지 않게 된다. P와V를 사용하여 임계 구역에 대한 상호배제 구현이 가능하게 되었다. 예시 최초S 값은1이고, 현재 해당 구역을 수행할 프로세스A, B가 있다고 가정하자
- 먼저 도착한A가P(S)를 실행하여S를0으로 만들고 임계구역에 들어감
- 그 뒤에 도착한B가P(S)를 실행하지만S가0이므로 대기 상태
- A가 임계구역 수행을 마치고V(S)를 실행하면S는 다시1이 됨
- B는 이제P(S)에서while문을 빠져나올 수 있고, 임계구역으로 들어가 수행함
- 뮤텍스(Mutex) : 공유된 자원의 데이터 혹은 임계영역(Critical Section) 등에 하나의 Process 혹은 Thread가 접근하는 것을 막아줌(즉, 동기화 대상이 하나)
상호 배제(Mutual Exclusion)의 약자임 해당 접근을 조율하기 위해lock과unlock을 사용한다. • Acquire lock : 현재 임계 구역에 들어갈 권한을 얻어옴( 만약 다른 프로세스/스레드가 임계 구역 수행 중이면 종료할 때까지 대기) • Release lock : 현재 임계 구역에 들어갈 권한을 반환( 대기 중인 다른 프로세스/스레드가 임계 구역에 진입할 수 있음) 뮤텍스는 상태가0, 1로 이진 세마포어로 부르기도 함
뮤텍스 알고리즘 ( 아마 명선이 누나 자료랑 겹칠 듯, 참고용)
- 데커(Dekker) 알고리즘 flag와turn 변수를 통해 임계 구역에 들어갈 프로세스/스레드를 결정하는 방식 o flag : 프로세스 중 누가 임계영역에 진입할 것인지 나타내는 변수 o turn : 누가 임계구역에 들어갈 차례인지 나타내는 변수 while(true) { flag[i] = true; // 프로세스i가 임계 구역 진입 시도 while(flag[j]) { // 프로세스j가 현재 임계 구역에 있는지 확인 if(turn ==j) { // j가 임계 구역 사용 중이면 flag[i] = false; // 프로세스i 진입 취소 while(turn ==j); // turn이j에서 변경될 때까지 대기 flag[i] = true; // j turn이 끝나면 다시 진입 시도 } } }
// ——- 임계 구역———
turn =j; // 임계 구역 사용 끝나면turn을 넘김 flag[i] = false; // flag 값을false로 바꿔 임계 구역 사용 완료를 알림 2. 피터슨(Peterson) 알고리즘 데커와 유사하지만, 상대방 프로세스/스레드에게 진입 기회를 양보하는 것에 차이가 있음 while(true) { flag[i] = true; // 프로세스i가 임계 구역 진입 시도 turn =j; // 다른 프로세스에게 진입 기회 양보 while(flag[j] &&turn ==j) { // 다른 프로세스가 진입 시도하면 대기 } }
// ——- 임계 구역———
flag[i] = false; // flag 값을false로 바꿔 임계 구역 사용 완료를 알림 3. 제과점(Bakery) 알고리즘 여러 프로세스/스레드에 대한 처리가 가능한 알고리즘. 가장 작은 수의 번호표를 가지고 있는 프로세스가 임계 구역에 진입한다. while(true) {
isReady[i] = true; // 번호표 받을 준비
number[i] = max(number[0~n-1]) + 1; // 현재 실행 중인 프로세스 중에 가장 큰 번호 배정
isReady[i] = false; // 번호표 수령 완료
for(j = 0;j <n;j++) { // 모든 프로세스 번호표 비교
while(isReady[j]); // 비교 프로세스가 번호표 받을 때까지 대기
while(number[j] &&number[j] <number[i] &&j <i);
// 프로세스j가 번호표 가지고 있어야 함
// 프로세스j의 번호표< 프로세스i의 번호표
}
}
// ——- 임계 구역———
number[i] = 0; // 임계 구역 사용 종료
뮤텍스와 세마포어의 차이 (중요) ( 면접에 자주 나오는 질문이라고 해요 )
★★★ 가장 큰 차이점은 관리하는 동기화 대상의 개수. Mutex는 동기화 대상이 오직 하나뿐일 때, Semaphore는 동기화 대상이 하나 이상일 때 사용