[프로세스 동기화] 동기화 기법

[1two13]

동기화를 위한 대표적인 도구 3️⃣

1. 뮤텍스 락

• 자물쇠 기능을 코드로 구현한 것이다.
• 상호배제를 위한 동기화 도구이다.
• 전역 변수 1개와 함수 2개로 구현할 수 있다.

  1. 자물쇠 역할: 프로세스들이 공유하는 전역 변수 lock

  2. 임계 구역을 잠그는 역할: acquire 함수

  • 임계 구역에 진입하기 전에 호출하는 함수이다.
  • 바쁜 대기: 임계 구역이 잠겨있다면(lock이 true) 임계 구역이 열릴 때까지(lock이 false) 반복적으로 확인한다.
  • 임계 구역이 열려있다면 임계 구역을 잠그는 함수이다.

  3.임계 구역의 잠금을 해제하는 역할: release 함수

  • 임계 구역에서의 작업이 끝나고 호출하는 함수이다.

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2. 세마포

• 뮤텍스 락과 비슷하지만 조금 더 일반화된 방식의 동기화 도구이다.
• 공유 자원이 여러 개 있는 상황에서도 적용이 가능한 동기화 도구이다.
• 변수 1개와 함수 2개로 구현할 수 있다

  1. 임계 구역에 진입할 수 있는 프로세스 개수 또는 사용 가능한 공유 자원의 개수: 전역 변수 S

  2. 임계 구역에 들어가도 좋은지, 기다려야 할지를 알려주는: wait 함수

  3. 임계 구역 앞에서 기다리는 프로세스에 이제 가도 좋다는 신호를 주는: signal 함수

세마포를 이용한 상호 배제를 위한 동기화 기법

• wait 함수는 만일 사용할 수 있는 자원이 없을 경우 해당 프로세스 상태를 대기로 만들고, 그 프로세스의 PCB를 세마포를 위한 대기 큐에 집어 넣는다. 그리고 다른 프로세스가 임계 구역에서의 작업이 끝나고 signal 함수를 호출하면 signal 함수는 대기 중인 프로세스를 대기 큐에서 제거하고, 프로세스를 준비 상태로 변경한 뒤 준비 큐로 옮겨준다.

세마포를 이용해 프로세스의 순서를 제어하는 동기화 기법

• 변수 S를 0으로 두고 먼저 실행할 프로세스 뒤에 signal 함수, 다음에 실행할 프로세스 앞에 wait 함수를 붙이면 된다. 그럼 반드시 원하는 순서대로 실행된다.

p.353 ~ 358 참고

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3. 모니터

• 세마포는 매번 임계 구역에 앞뒤로 일일이 wait과 signal 함수를 명시해야하기 때문에 번거롭다.
• 공유 자원과 공유 자원에 접근하기 위한 인터페이스(통로)를 묶어 관리한다.
• 프로세스는 반드시 인터페이스를 통해서만 공유 자원에 접근해야 한다.

모니터를 이용한 상호 배제를 위한 동기화 기업

• 모니터에 진입하기 위한 큐를 만들고, 모니터 안에 항상 하나의 프로세스만 들어오도록 한다.

모니터를 이용해 프로세스의 순서를 제어하는 동기화 기법

• 특정 조건을 바탕으로 프로세스를 실행하고 일시 중단하기 위해 조건 변수를 사용한다.

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조건 변수

• 조건 변수로는 wait과 signal 연산을 수행할 수 있다.

1. wait

• 호출한 프로세스의 상태를 대기 상태로 전환하고 일시적으로 조건 변수에 대한 대기 큐에 삽입하는 연산이다.
• 모니터에 진입하기 위해 삽입되는 큐(상호 배제를 위한 큐)와 wait이 호출되어 실행이 중단된 프로세스들이 삽입되는 큐(조건 변수에 대한 큐)는 다르다. 전자는 모니터에 한 번에 하나의 프로세스만 진입하도록 하기 위해 만들어진 큐이고, 후자는 모니터에 이미 진입한 프로세스의 실행 조건이 만족될 때까지 잠시 실행이 중단되어 기다리기 위해 만들어진 큐이다.

2. signal

• wait을 호출하여 큐에 삽입된 프로세스의 실행을 재개하는 연산이다. 즉, 대기 상태에 있던 프로세스를 모니터 안으로 가져오는 것이다.

즉, 모니터는 조건 변수를 이용하여 아래와 같은 프로세스 실행 순서 제어를 위한 동기화를 제공한다.

1. 특정 프로세스가 아직 실행할 조건이 되지 않았을 때에는 wait을 통해 실행을 중단한다.
2. 특정 프로세스가 실행할 조건이 충족되었을 때에는 signal을 통해 실행을 재개한다.