이론 4) - 3 세마포 : 상호배제, 동기화

1. 상호배제를 위한 세마포 원리 및 코드

상호 배제의 기능을 수행한다.

 

 

< 원리 >

 

 

< 함수 내부 >

 

 

mutex가 양수이면 들어갈 수 있다.

S.value = mutex 이다.

0 또는 음수이면 사용중이라는 의미이다. (ex) -1이면 대기자가 1명이라는 뜻

 

wait(S)

S.value = -1이면

if문에 들어가서 add this process to S.L

즉, 진동벨을 나누어주고 다른 일을 수행할 수 있도록 한다.

 

signal(S)

수행이 끝나면 S.value 값을 1 올려준다.

그럼에도 아직 대기자가 남아있다면(즉, S.value가 0보다 작거나 같다면)

remove a process P from S.L;

wakeup(P);

즉, 아까 나눠줬던 진동벨을 울려 대기자들을 다시 불러온다.

 

 

 

 

2. 세마포의 장점

: 간단하게 구현된다.

 

 

 

 

3. 동기화 도구로써의 세마포

: 프로세들간에 실행 순서가 정해져 있을 때 사용한다.

: 세마포는 바쁜 대기를 유발하지 않는 동기화 도구이다. 

 

* 중요 *

0으로 초기화된 flag를 사용한다. 즉 mutex = 0; 으로 초기화

 

 

 

ex) A -> B 의 실행 순서가 지켜져야 할 때

세마포 동작 예시

 

flag = 0 이므로 Pj가 먼저 실행된다고 하더라도 wait 상태에 들어갈 것이다.

Pi에서 A가 실행되고 signal(flag);를 해서 flag를 1로 만들 때까지 절대 B를 실행할 수 없는 것이다.

 

 

 

 

 

4. 세마포의 문제점

: 세모포 변수를 여러 개 두고 실행할 경우 교착 상태와 기아 상태를 유발할 수 있다.

 

1) 교착 상태

: 둘 이상의 프로세스들이 대기중인 프로세스들 중 단지 하나에 의해서만 야기될 수 있는 사건을 무한정 기다리는 상황

 

2) 기아 상태

무한 정지, 프로세스들이 세마포 큐에서 제거되지 않고 무한정 대기하는 것

 

 

 

ex) flag가 1로 초기화된 경우

P0

wait(S)에서 flag가 0이 되고

wait(Q)에서도 flag가 0이 되어

기다리는 중

 

P1

wait(Q)에서 flag가 하나 더 감소하여 -1이 되고

wait(S)에서도  flag가 하나 더 감소하여 -1이 되어

기다리는 중....

 

-> 서로가 서로를 기다리느라 무한정 기다리는 상황에 빠지게 된다.

 

 

 

 

 

 

5. 고전적 동기화 문제 : 세마포로 해결해보기

 

* 초기화 : full = 0, empty = n, mutex = 1

 

 

-> full은 생산된 데이터의 개수, empty는 남은 버퍼의 개수

 

 

가운데에

wait(mutex);        wait(mutex);

...                          ...

signal(mutex);      signal(mutex);

는 상호배제를 위한 세마포를 구현한 것

 

생산자 위쪽 wait(empty);

소비자 아래쪽 signal(empty); 

는 생산자 동기화를 위한 세마포

 

생산자 아래쪽 signal(full);

소비자 위쪽 wait(full); 

는 소비자 동기화를 위한 세마포

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Readers - Writers 문제

: 리더랑 라이터가 여러 명일 때

 

-> 라이터가 없을 때에는 리더가 여러 명이 들어갈 수 있다.

 

 

 

 

 

7. 모니터(Moniters)

: 세마포 연산자들을 한 데에 모아놓은 객체이다.

: 공통된 객체 내에서 활동하도록 보장한다.

: 오류 디버깅을 쉽게 할 수 있게 한다.

 

-> 많은 세마포 사용시, 잘못된 사용으로 오류가 발생하기 쉽기 때문에 사용한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* 정보처리기사 문제 *  

1. 프로세스들 간에 상호배제해야한다.
2. 임계 구역은 여러 사용자가 동시에 사용하지 않도록 하는것
3. 임계 영역 안에서의 작업은 신속히 이루어져야 함
4. 어떤 프로세스가 임계영역 내에서 실행중일때 인터럽트가 발생한다고

하더라도 이 프로세스는 실행을 멈추지 않는다.

    5. 임계영역에서 무결성을 보장한다.(값이 꼬이지 않음)

    6. 하드웨어 자원이 필요한 것 : Test&Set 명령어