Process Synchronization
Critical Section & Critical Section Problem
Critical Section (임계 영역)
멀티 스레딩의 문제점에서 나오듯, 동일한 자원에 동시에 접근 하는 작업 (ex. 공유하는 변수 사용, 동일 파일을 사용)을 실행하는 코드 영역 을 Critical Section 이라고 한다
Critical Section Problem (임계 영역 문제)
Process들이 critical section을 함께 사용할 수 있는 protocol을 설계 하는 것을 의미한다
Requirements (해결을 위한 기본 조건)
Mutual Exclusion (상호 배제)Process p1이 critical section에서 실행중이라면, 다른 process들은 p1이 가진 critical section에서 실행될 수 없다
Progress (진행)Critical section에서 실행중인 프로세스가 없고, 별도의 동작이 없는 프로세스들만 critical section 진입 후보로서 참여될 수 있다
Bounded waiting (한정된 대기)p1이 critical section에 진입 신청 후 받아들여질 때가지, 다른 process들이 critical section에 진입하는 횟수는 제한이 있어야 한다
Solution
Mutex Lock
동시에 공유 자원에 접근하는 것을 막기 위해
Critical Section에 진입하는 process는 lock을 획득하고, critical section을빠져 나올 때, Lock을 방출함으로써 동시에 접근이 되지 않도록 한다한계
다중 처리기 환경에서는 시간적인 효율성 측면에서 적용할 수 없다
Semaphores
소프트웨어상에서 임계 영역 문제를 해결하기 위한 동기화 도구
설명
멀티프로그래밍 환경에서 다수의 process 나 thread 가 n 개의 공유 자원에 접근하는 것을 제한하는 방법으로 사용되는 동기화 기법
종류
Counting Semaphore (카운팅 세마포)가용한 개수를 가진 자원에 대한
접근 제어용으로 사용되며, 세마포는 그 가용한 자원의 개수로 초기화 된다자원을 사용하면 세마포가 감소, 방출하면 세마포가 증가한다
Binary Semaphore (이진 세마포)MUTEX라고도 부르며, 상호배제 ( Mutal Exclusion)의 머릿글자를 따서 만들었다이름 그대로 0과 1 사이의 값만 가능하며, 다중 프로세스들 사이의 Critical Section 문제를 해결하기 위해 사용한다
단점
Busy waiting (바쁜 대기)Spin lock이라고 불리는 Semaphore 초기 버전에서 Critical Section에 진입해야하는 process 는 진입 코드를 반복 실행해야하며, CPU 시간을 낭비했었다이를 Busy Waiting이라고 부르며 특수한 상황이 아니면 비효율적이다.
일반적으로는 Semaphore에서
Critical Section에 진입을 시도했지만 실패한 프로세스에 대해Block시킨 뒤, Critical Section에 자리가 날 때다시 깨우는 방식을 사용한다.이 경우 Busy waiting으로 인한 시간낭비 문제가 해결된다.
Deadlock (교착 상태)Semaphore가 Ready Queue를 가지고 있고,
둘 이상의 process가 critical section 진입을 무한정 기다리고 있고,
critical section에서 실행되는 process는 진입 대기 중인 process가 실행되어야만 빠져나올 수 있는 상황을 지칭
모니터
고급 언어의 설계 구조물로서, 개발자의 코드를
상호배제 하게끔 만든추상화된 데이터 형태공유 자원에 접근하기 위한 키 획득과, 자원 사용후 해제를 모두 처리한다
Semaphore는 직접 키 해제와 공유자원 접근 처리가 필요하다!
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