[04] 프로세스 동기화

 

 

- 동기화 (synchronization)

 : 동시다발적으로 실행되는 프롯헤스들은 실행 순서와 자원의 일관성을 보장해야 한다

 : 프로세스 동기화 = 프로세스 사이의 수행 시기를 맞추는 것

 : 수행 시기를 맞춘다 = 실행 순서 제어, 상호 배제

 : 1) 동시에 접근해서 안되는 자원에 동시에 접근하지 못하도록 제어하는 것

 : 2) 특정 조건이 만족되어야만 실행할 수 있는 상황에서 올바르게 실행되도록 하는 것

 

 

- 상호 배제(mutual exclusion)를 위한 동기화

 : 상호 배제 = 공유가 불가능한 자원의 동시 사용을 피하기 위해 사용하는 알고리즘

 

 

- 공유 자원 (shared resource)

 : 공동의 자원(전역변수, 파일, 입출력장치 등), 이 공유 자원에 두 개 이상의 프로세스를 동시에 실행하면 문제가 발생하는 자원이 있음. 이 자원에 접근하는 코드 영역을 임계구역(critical section)이라 함.

 

 

- Race Condition

 : 여러 프로세스가 동시 다발적으로 임계 구역의 코드를 실행하여 문제가 발생하는 경우.

 : 따라서 이가 발생하지 않도록 임계구역을 해결해야 함.

  1) 상호배제 (mutual exclusion) : 한 프로세스가 임계구역으로 진입했다면, 다른 프로세스는 들어올 수 없다.

  2) 진행(progress) : 임계 구역에 어떤 프로세스도 진입하지 않았다면, 들어가고자 하는 프로세스는 들어갈 수 있어야 한다.

  3) 유한 대기(bounded waiting) : 한 프로세스가 임계 구역에 진입하고 싶다면, 그 프로세스는 언젠가는 임계 구역에 들어올 수 있어야 한다. (들어오기 위해 무한정 대기X)

 

 

 

< 동기화 기법 >

 

1. 뮤텍스 락

 : 동시에 접근해서 안 되는 자원에 접근하지 않도록 만드는 동기화 도구.

 : 자물쇠 역할 - 프로세들이 공유하는 전역 변수 lock.

 : 임계 구역을 잠그는 역할 : acquire 함수  -   잠겨있는지 쉴 새 없이 반복해 확인 (busy wait)

 : 임계 구역의 잠금을 해제하는 역할 : release 함수

 

acquire(){
	while (lock == true)            // 만약 임계 구역이 잠겨있다면
    ;                               // 임계 구역이 잠겨 있는지를 반복적으로 확인
    lock = true;                    // 만약 임계 구역이 잠겨있지 않으면 잠금
}


release(){                           
	lock = false;                   // 임계 구역 작업이 끝났으니 잠금 해제
}



// 임계 구역 전후로 호출하여 하나의 프로세스만 임계 구역에 진입하게 할 수 있음

acquire();
// 임계구역
release();

 

 

 

2. 세마포(semaphore)

 : 뮤텍스 락과 비슷하나, 좀 더 일반화된 방식의 동기화

 : 공유 자원이 여러 개인 경우 적용할 수 있는 도구 (counting semaphore)

 : 전역변수 S -  임계 구역에 진입할 수 있는 프로세스의 개수(사용 가능 공유 자원 수)

 : wail 함수 - 임계 구역에 들어가도 좋은지, 기다려야 할지 대기

 : signal 함수 - 임계 구역 앞에서 기다리는 프로세스에 가도 된다는 신호 보냄

 

wait()
// 임계구역
signal()


wait()
{
	while (S <= 0)
    ;
    S--;
}


signal()
{
	S++
}


// 세 개의 프로세스가 두 개의 공유자원에 순서대로 접근

// 프로세스1 wait 호출, S = 2 에서 -1 한 후 임계 구역 진입
// 프로세스2 wait 호출, S = 1 에서 -1 한 후 임게 구역 진입
// 프로세스3 wait 호출, S = 0 이므로 무한히 반복하며 S확인
// 프로세스1 임계구역 작업 종료 -> signal() 호출, S += 1
// 프로세스3이 S=1임을 확인, -1한 후 임게 구역 진입

// 문제발생 ) 사용 가능 자원이 없을 경우 무한 반복하며 S 확인

// wait -> 자원이 없을 경우 프로세스 상태를 대기로 바꾸고,
//         해당 PCB를 세마포를 위한 대기큐에 넣음


wait()
{
	while (S < 0)
    add this process to Queue;
    sleep();
}


signal()
{
	S++
    if (S <= 0){
    	remove a process a form Queue
        wakeup(p)
    }
}

// 프로세스1 wait 호출, S = 2 에서 -1 한 후 임계 구역 진입
// 프로세스2 wait 호출, S = 1 에서 -1 한 후 임게 구역 진입
// 프로세스3 wait 호출, S = -1 이므로 본인의 PCB를 대기 큐에 넣음 (대기 상태 전환)
// 프로세스1 임계 구역 종료, signal() 호출, S = 0, 프로세스3을 준비큐로 옮김
// 깨어난 프로세스3 임계구역진입
// 프로세스2 임계 작업 종료, signal() 호출, S = 1
// 프로세스3 임계 작업 종료, signal() 호출, S = 2