세마포어(SEMAPHORE), 뮤텍스(MUTEX) 란?

[세마포어] [뮤텍스]

동기화에 필요한 기술들.

데드락이 걸렸을 때 사용하는 것이 아니고 세마포어나 뮤텍스에 의해 데드락이 걸릴 수도 있습니다. 따라서 꼭 필요한 부분에만 제대로 사용해야합니다.

뮤텍스란 MUTual EXclusion으로 우리말로 해석하면 '상호 배제'라고 합니다. 말 그대로 상호 배제해서 실행하는 겁니다. 임계 구역을 가진 스레드들이 동시에 실행되지 않고 서로 배제되어 실행되게 하는 기술입니다. 여기서 임계구역(Critical Section)란 프로그램 상에서 동시에 실행될 경우 문제을 일으킬 수 있는 부분을 말합니다. 만약 어느 스레드에서 임계구역을 실행하고 있으면 다른 스레드들은 그 임계 구역에 접근할 수 없고 앞의 스레드가 임계 구역을 벗어나기를 기다려야합니다. 이런 방법이 뮤텍스입니다.

그리고 세마포어란 임계구역에 접근 하기 위한 열쇠 같은거라고 생각하면 됩니다. 예를 들어 화장실이 있다고 합시다. 이 화장실에 들어가기 위해서는 반드시 열쇠가 있어야 하고 이 열쇠는 단 하나 밖에 없으며 화장실에는 한명씩만 들어갈 수 있습니다. 이럴 때 여러명의 사람이 화장실을 이용하려면 일단 한명이 열쇠를 가지고 화장실을 이용하고 나오면 그 사람에게 열쇠를 받아 다음 사람이 이용하고 이렇게 한사람씩 돌아가면서 화장실을 쓸 수 있습니다. 이때 화장실은 임계구역이 되고 열쇠는 세마포어가 되는겁니다. 그리고 누군가 열쇠를 가지고 도망가버린다면 아무도 화장실을 사용하지 못하는 상태가 되어버립니다. 이런게 바로 데드락입니다. 데드락을 CPU 스케쥴링에서는 교착상태라고합니다.

세마포어(SEMAPHORE)

프로그래밍, 특히 유닉스시스템의 프로그래밍에서 세마포어는 운영체계의 자원을 경쟁적으로 사용하는 다중 프로세스에서, 행동을 조정하거나 또는 동기화 시키는 기술이다. 세마포어는 운영체계 또는 커널의 한 지정된 저장장치 내 값으로서, 각 프로세스는 이를 확인하고 변경할 수 있다. 확인되는 세마포어의 값에 따라, 그 프로세스가 즉시 자원을 사용할 수 있거나, 또는 이미 다른 프로세스에 의해 사용 중이라는 사실을 알게되면 재시도하기 전에 일정 시간을 기다려야만 한다. 세마포어는 이진수 (0 또는 1)를 사용하거나, 또는 추가적인 값을 가질 수도 있다. 세마포어를 사용하는 프로세스는 으레 그 값을 확인하고, 자원을 사용하는 동안에는 그 값을 변경함으로써 다른 세마포어 사용자들이 기다리도록 해야한다.

세마포어들은 일반적으로 메모리 공간을 공유하거나, 또는 파일들을 공유 액세스하기 위한, 두 가지 정도의 목적을 위해 사용된다. 세마포어들은 프로세스간 통신(IPC)을 위한 기술 중하나이다. C 프로그래밍 언어는 세마포어들을 관리하기 위한 일련의 인터페이스 또는 함수들을 제공한다.

이 세마포어를 가지고 경쟁관계에 있는 자원들을 충돌없이 잘 사용하기 위함입니다. 공유자원의 경우 다른 프로세스가 동시에 접근을 한다면, 어느 프로세스에 의해 변경된 자료가 나중에 수정된 자료인지 모르게 되는 문제가 생기며, 이로 인해 데이터의 각종 오류가 산재하게 됩니다. 그래서 세마포어 라는 일종의 변수를 두어 제어를 하게 됩니다.

세마포어

- 동기화의 일반적인 방법인 세마포어 방법은 세마포어라는 정수 변수(integer variable), 프로세스 대기열(process waiting queue), P와 V의 두 명령으로 구성된다. 초기 상태의 변수값은 자원의 수와 같으며 대기열은 비어 있다. P명령은 변수의 값을 하나 줄인 후, 변수의 값이 0보다 작으면 프로세스를 대기열로 집어 넣는다. 반대로 0보다 크면 그 프로세스는 계속 진행된다. V명령은 변수의 값을 하나 증가시킨다. 그 결과가 0보다 크면 프로세스는 계속되며 0보다 작으면 대기열의 프로세스 하나를 준비 상태로 만들고, 프로세스의 수행은 계속된다.  결국 변수의 값은 음수일 경우는 대기 중인 프로세스의 수를 나타내며, 양수이면 사용 가능한 자원의 수를 가리킨다. 위에서 동기화란 프로세스의 실행을 시간에 따라 순서적으로 처리하는 것을 동기화라 한다.

- 세마포어는 다익스트라(E.J.Dijkstra)가 제안한 동시에 정보를 공유하여 수행되는 두 개 이상의 프로그램이나 프로세스에서 활동 (activity)의 위치(coordination)를 설정해 주는 데 사용되는 동기화를 위한 기본 조작. 이는 두개 이상의 프로세스에 의해 공유되는 고유변수로 정의되는데, 보통의 방법으로는 다룰 수 없고 항상 P와 V라는 연산을 통해서만 액세스할 수 있다. 세마포어 sem이란 다음과 같은 연산이 허용된 정수형 변수를 말한다. (P와 V란 이름은 wait와 signal이란 말의 네덜란드어에서 나온것으로 이때 signal이란 물론 UNIX의 signal호출과는 다르다.) 두 연산은 모두 원자화되어야 한다. 즉 sem을 변경할수 있는 프로세스는 한 순간에 오직 하나 뿐이다.