운영체제 Day11 (동기화)

동기화란

동시다발적으로 실행되는 프로세스들은 공동의 목적을 올바르게 수행하기 위해 서로 협력하며 영향을 주고 받는다. 이렇게 협력하여 실행되는 프로세스들은 일관성을 보장해야 하기 때문에 반드시 동기화 되어야 한다.

동기화의 의미

• 프로세스 동기화

프로세스들 사이의 수행 시기를 맞추는 것

- 실행 순서 제어: 프로세스를 올바른 순서대로 실행하기
- 상호 배제: 동시에 접근해서는 안 되는 자원에 하나의 프로세스만 접근하게 하기

실행 순서 제어

Reader 와 Writer 라는 두종류의 프로세스가 있다고 가정할 때 값을 저장하는 Writer라는 프로세스가 끝나야지만 Reader프로세스가 실행 할 수 있다.(값이 존재 해야 읽을 수 있기 때문에) 그렇기 때문에 실행 순서가 중요하며, 이를 올바르게 실행하는 것이 실행 순서 제어 이다.

상호 배제

10만원이 있는 통장에 2만원과 5만원을 저금 한다고 가정했을때, 2만원을 먼저 저금하고 이 과정이 끝나기 전에 5만원을 저금하면 잔액이 10만원(2만원 저금의 전산 처리가 되기 전이기 때문에)일때 저금하는 것이기 때문에 최종 잔액은 15만원이 될 수 있다. 이러한 경우를 막기 위해 하나의 자원에 동시에 접근을 못하게 하는 것이고, 이를 상호 배제라고 한다.

공유 자원과 임계 구역

• 공유 자원

두개 이상의 프로세스가 공유 하는 자원을 말한다. (ex. 전역변수)

• 임계구역

동시에 실행하면 문제가 발생하는 자원에 접근하는 코드 영역

• 레이스 컨디션

동시 다발적으로 임계 구역의 코드를 실행하여 문제가 발생하는 경우

운영체제는 임계 구역 문제를 아래 세 가지 원칙 하에 해결한다.

- 상호 배제: 한 프로세스가 임계 구역에 진입했다면 다른 프로세스는 임계 구역에 들어 올 수 없다

- 진행: 임계 구역에 어떤 프로세스도 진입하지 않았다면 임계 구역에 진입하고자 하는 프로세스는 들어갈 수 있어야 한다.

- 유한 대기: 한 프로세스가 임계 구역에 진입하고 싶다면 그 프로세슨 언젠가는 임계 구역에 들어 올 수 있어야 한다.(무한정 대기해서는 안 된다.)

동기화 기법

뮤테스 락

탈의실의 자물쇠가 잠겨 있다면 탈의실에 사람이 있다는 것과 같다. 이와 마찬가지로 공유자원에 뮤테스 락을 사용하여 하나의 프로세스가 임계구역에 있음을 알려줄 수 있다.

뮤테스 락의 매우 단순한 형태는 하나의 전역 변수와 두 개의 함수로 구현할 수 있다.

• 자물쇠 역할: 프로세스들이 공유하는 전역 변수 lock
• 임계 구역을 잠그는 역할: acquire 함수
• 임게 구역의 잠금을 해제하는 역할: release 함수

acquire 함수

프로세스가 임계 구역에 진입하기 전에 호출하는 함수이다. 임계구역이 잠겨 있다면 구역이 열릴 때까지 임계 구역을 반복적으로 확인하고, 임계 구역이 열려 있다면 임계 구역을 잠그는 함수이다.

release 함수

임계 구역에서의 작업이 끝나고 호출하는 함수이다. 현재 잠긴 임계 구역을 열어주는 함수이다.

세마포

뮤텍스 락은 공유자원이 하나라는 가정하에 만든 동기화 도구인 반면 세마 포는 공유 자원이 여러 개 있는 상황에서도 적용이 가능한 동기화 도구이다.

세마포는 뮤테스 락과 비슷하게 하나의 변수와 두개의 함수로 단순하게 구현할 수 있다.

• 임계 구역에 진입할 수 있는 프로세스의 개수를 타나내는 전역 변수 S
• 임계 구역에 들어가도 좋은지, 기다려야 할지를 알려주는 wait 함수
• 임계 구역 앞에서 기다리는 프로세스에 '이제 가도 좋다'고 신호를 주는 signal 함수

모니터

공유 자원과 공유 자원에 접근하기 위한 점금하기 위한 인터페이스를 묶어서 관리한다. 프로세스는 반드시 인터페이스를 통해서만 공유 자원에 접근하도록 한다.

이를 위해 모니터를 통해 공유 자원에 접근하고자 하는 프로세스를 큐에 삽입하고, 큐에 삽입된 순서대로 하나씩 공유 자원을 이용하도록 한다.

출처: 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제, 강민철 지음