시스템 프로그래밍(기말고사) - 세마포어

세마포어

 - 다익스트라(Dijkstra)가 고안한 상호배제의 개념으로 출발

 - 하나의 동기화 및 락 메커니즘의 구현한 도구를 가리키는 의미

 - 리눅스에서 제공하는 일반적인 락 메커니즘 종류

카운팅 세마포어	ㅇ 복수개의 자원 카운팅이 가능한 세마포어 ㅇ -3 = 3개의 프로세스 대기
이진 세마포어	ㅇ 1개의 자원 가운팅이 가능한 세마포어 ㅇ 0과 1로 이로만 표현 ㅇ 1 = 임계영역 진입 가능, 0 = 임계영역 진입 불가
뮤텍스	ㅇ독점적인 획득을 가능하게 하는 특수형태의 락 ㅇ 소유권이 있는 프로세스, Rock을 건 프로세스만 해제 가능
스핀락	ㅇ 문맥교환을 막기 위해 사용되는 매우 빠른 특수한 형태의 락 (문맥교환 : CPU가 필요한 다른 프로세스에게 프로세스를 사용할 수 있도록 해주는 상태, 이전 프로세스의 상태를 보관, 새로운 프로세스 적재) ㅇ 문맥교환시 overhead가 발생 -> overhead를 막기위해 스핀락을 사용 ㅇ 짧은시간 이내 Rock 획득 보장 가능시 사용 ㅇ 임계구역에 진입이 불가능할 때 진입이 가능할 때 까지 루프를 돌면서 재시도하는 방식으로 구현
Reader/Writer락(rwlock)	ㅇ 읽기, 쓰기가 서로 다르게 적용되는 특수한 형태의 lock ㅇ 읽기 : 동시접근 가능, 쓰기 : 단독접근

 카운팅 세마포어

 - n개의 한정된 자원이 있다고 가정할 때 자원을 가져갈 때마다 표시해두는 원리

 - n개의 자원을 가져가면 가져간 만큼 빼고 return되면 그 만큼 더해준다.

 - P operation : 세마포어의 값을 감소시키는 값(sem wait, sem pend) - > 자원을 가져갔을 때

 - V operation : 세마포어의 값을 증가시킴(sem signal, sem post) -> 자원을 반환했을 때

 - P operation이 발생하면 n개의 자원이 n-1, n-2 ㆍㆍㆍ하다가 0이되면 P operation으로 진입하려는 프로세스들은 가져갈 자원이 없어 대기큐에서 잠들게 된다.

 - 후에 V operation으로 자원이 반환되면 세마포어의 값을 증가시키며 대기큐에 시그널을 보내게된다.

 - 만약 대기큐에 잠든 프로세스가 있으면 즉시 깨어나 세마포어의 값을 다시 감소시키며 임계영역 진입

 

이진 세마포어

 - n이 1과 0로만 이루어져있음

 - 임계영역에 진입이 가능(V operation) = 1, 임계영역에 진입 불가(P operation) = 0

 - 상호배제의 락 메커니즘에 사용되는 기법 -> 독점적으로 접근해야 하는 자원을 보호 가능

 

뮤텍스

 - 자원의 독점적 사용권한을 부여하는 기능

 - 소유권을 가진 process, Rock을 건 process만 뮤텍스 해제 가능5

 

뮤텍스 vs 세마포어

 - 세마포어 : 동기화를 목적

뮤텍스	세마포어
ㅇ 독점적 사용권한 획득 ㅇ 동작취소가 가능하다. ㅇ 소유권을 가지고 있다. ㅇ 세마포어보다 빠름	ㅇ 동기화 ㅇ P, V operation 분리가능 ㅇ 여러 프로세스가 작업동기화시 세마포어를 사용 ㅇ 큐를 제어할 때 순서를 보장하면 = strong semaphore     순서를 보장하지 않으면 = weak semaphore ㅇ 동작취소가 일부만 가능     (XSI 세마포어 : 가능, POSIX 세마포어 : 불가능)

 

	XSI 세마포어	POSIX 세마포어	POSIX 뮤텍스
최대 카운더	semvmx 시스템 설정	SEM_VALUE_MAX	1
독점적 소유권	불가능	불가능	가능
동작취소	가능	불가능	가능
타이머 설정	가능(비표준 함수)	가능	가능

동작취소

 - 세마포어 or 뮤텍스를 잠근 프로세스나 스레드가 종료하면서 데드락에 빠진 것을 복구할 수 있는 기능

데드락 : 교착상태, 한정된 자원을 2개이상의 프로세스가원해 프로세스가 진전되지 못한 상태   1. 중복으로 잠금 -> 에러 체크 뮤텍스 타입을 사용   2. 뮤텍스가 획득한 스레드가 잠금을 풀지 않고 종료한 경우  -> 뮤텍스를 획득한 스레드가 죽었을 때 잠금을 취소 후 소유권 이전(robust mutex)로 해결

XSI 세마포어 vs POSIX 세마포어

	XSI세마포어	POSIX 세마포어
인터페이스	ㅇ 오래된 표준이라 대부분 시스템에 적용	ㅇ 새로이 개발되는 시스템이 아니면 구현이 잘 안되어있음
기능측면	ㅇ 상태취소, wait-for-zero기능 추가 ※ wait-for-zero : 세마포어가 0이면 깨어나고 양수면 잠복 ㅇ 기능이 많아 무거움	ㅇ 기능 구현이 적어 가벼움
세마포어 구현	ㅇ strong semaphore	ㅇ weak semaphore