Mutex(뮤텍스) & Semaphore(세마포어)

Deadlock(교착 상태)

• 두 가지 이상의 작업이 서로 상대방의 작업이 끝나기를 하염없이 기다리고 있는 상태
• 다음 페이지에서 깊게 설명

Race Condition(경쟁 상태)

• 공유 자원에 대해 두 개 이상의 스레드가 동시에 읽거나 쓰는 상황을 의미한다.
• 접근의 순서에 따라 결과값에 영향을 주는 문제가 발생할 수 있다.

Critical Section(임계 영역)

• 공유 자원의 독점을 보장하는 코드 영역이다.
• Race Condition 이 발생해 문제가 일어날 수 있는 영역이다.
• 문제 방지를 위해 뮤텍스와 세마포어를 사용한다.

 

 

뮤텍스(MUTual EXclusion, 상호 배제)

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여러 스레드를 사용하는 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 제한하는 동기화 메커니즘이다

• Boolean 타입의 Lock 변수를 사용한다.
• Lock을 걸었던 프로세스만 Lock을 해제할 수 있다.

 

작동 방식

• Lock이 걸려 있는 공유 자원은 접근하지 못하고 대기하게 된다.
• 스레드는 Critical Section 에 진입할 때 Lock을 걸고 다른 스레드가 접근하지 못하도록 제한한다.
• 작업이 끝나고 Critical Section 에서 나올 때 스레드가 Lock을 해제하여 다음 스레드가 실행할 수 있게 한다.

 

예시) 정원이 1명인 식당에서 식사를 하는 경우

• 1명이 들어가면 새로 온 손님은 대기해야 한다.
• 들어갔던 손님이 식사를 마치고 나오면 다음 손님이 들어갈 수 있다.

 

 

세마포어(Semaphore)

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Multi-programming 환경에서 다수의 프로세스나 스레드의 여러 개의 공유 자원에 대한 접근을 제한하는 방법으로 사용되는 동기화 기법이다.

• 뮤텍스와 달리, 하나 이상의 스레드가 동시에 접근할 수있다.
• 공유 자원의 수가 1개일 때는 이진 세마포어를 사용한다.
  • 뮤텍스와 거의 같다.
• Lock을 걸었던 스레드가 아닌 다른 스레드가 Critical Section을 빠져나오며 Lock을 해제할 수 있다.

 

작동 방식

• S(세마포어 변수), n (공유자원에 접근가능한 프로세스 수)를 사용한다.
• S = n 에서 시작(위 그림은 n = 1의 경우다.)
• 스레드가 공유 자원에 접근하면 S = S -1 (semWait() 연산)
  • 만약 S < 0 이 되면 semWait() 를 호출한 프로세스는 Block된다.
• 스레드가 공유 자원 사용을 끝내면 S = S + 1 (semSignal() 연산)
  • 만약 S < 0 이 되면 semWait() 연산에 의해 Block된 프로세스를 해제한다.

 

예시) 정원이 n명인 식당에서 식사를 하는 경우

• n명까지 들어갈 수 있다.
• n명이 다 차면 새로 온 손님은 대기해야 한다.
• m명이 식사를 마치고 나가면 다음 m명이 들어갈 수 있다.

 

 

참고

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[10분 테코톡] 🎲 와일더의 Mutex vs Semaphore