프로세스 동기화 (2)

이번 단원은 코드가 많이나와 이해하는데 시간이 많이 필요했다.

 

이해를 하고 나니 매우 쉬운 내용이였고 다른 임계구역을 보호할 수 있는 방법을 여러가지 생각해봤지만 내가 생각했던 것들은 모두 여러가지 상황들로 인해 문제점이 많았다.

 

먼저 첫번째로 다루는 코드에 잠금확인을 2번 하는 것이다.

P1
1. while(lock2==true); // lock2가 true이면(P2이 임계구역을 사용중이면) 무한 대기
3. lock1==true; // lock1을 true(잠금)로 설정
5. while(lock2==true); // 이중확인 > 무한잠금
//임계구역
lock1=false; lock1을 false(잠금해제)로 설정

P2
2. while(lock1==true); // lock1가 true이면(P1이 임계구역을 사용중이면) 무한 대기
4. lock2==true; // lock2을 true(잠금)로 설정
while(lock1==true); //이중확인 > 무한잠금
//임계구역
lock2=false; lock2을 false(잠금해제)로 설정

이러한 코드를 작성한다면 P1이 lock2가 true가 아닌걸 확인 한 후 다음으로 넘어가는도중 타임아웃이 나서 P2가 임계구역에 집입하기 위해 lock1이 true가 아닌걸 확인 한 후 다시 3번의 문장으로 간다.

 

그러면 P1은 lock1를 잠구게되고 타임아웃이 나서 P2가 lock2를 잠구게 되면 서로 아무도 나갈 수 없는 *교착상태에 빠지게 된다.

 

이것처럼 안되는 코드라도 여러 가지 상황에 대해 스스로 생각해보면서 실력을 쌓아가야겠다.

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공유 자원과 임계구역

 

1. 공유 자원의 접근

 

• 공유자원이란 여러 프로세스가 공동으로 이용하는 변수, 메모리, 파일이다.
• 공유자원은 공통으로 이용되기 때문에 접근 순서에 따라 결과가 달라질 수 있다.

 

2. 임계구역

 

• 공유자원 접근 순서에 따라 실행결과가 달라지는 프로그램의 영역
• 임계구역에 두개의 프로세스가 같이 들어가면 오류가 발생할 수 있기 때문에 한 번에 하나의 프로세스만 들어가야 한다.

3. 생산자 - 소비자 문제

 

임계구역과 관련된 대표적인 문제의 예시이다. 

예를 들어 생산자는 SUM에 +1을 하고있고 소비자는 -1을 하고 있다고 생각해보자. 이 모델은 다음과 같은 문제점이 있다.

 

1. 생산자가 물건 하나를 buf 4에 저장하고 sum을 4로 바꿔야하나 바꾸지 못했다.
2. 소비자가 sum이 3인 상태에서 물건을 하나 소비하고 sum을 2로 바꾸지 못했다.
3. 두 개의 프로세스가 sum을 3으로 보고 작업을 하게된다.

결론은 정작 남아있는것은 원래 상태 그대로인 3인데 2또는 4인 값이 나오게 된다.

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임계구역 해결 방법

 

임계구역을 해결하는 방법은 잠금을 이용하는 것이다. 하나의 프로세스가 임계구역에 들어가 있는 동안 다른 프로세스가 기다리게 되면 임계구역에 관한 문제는 사라진다.

 

1. 기본 코드 소개

 

1-1. 상호 배제 문제

P1
while(lock==true); // lock이 true면(다른 프로세스가 사용중이면) 무한 루프를 돌며 대기
lock=true;		//lock을 true(잠금 실행)으로 바꿈
//임계구역
lock=false;		// lock을 false(잠금해제)로 바꿈

문제점

1. P1이 임계구역에 진입하기 위해 lock이 true인지 확인 후 잠금이 없는걸 확인 → 진입

2. P1의 CPU할당 시간이 끝나 P2에 CPU가 주어지고 P2도 임계구역에 진입하기 위해 lock이 잠겨있는지 확인 후 잠금이 없는걸 확인 → 진입

3. 다시 P1이 CPU를 받고 lock을 true(잠금)으로 바꾸고 진입

4. P2도 CPU를 할당받고 lock을 true(잠금)으로 바꾸고 진입

5. P1과 P2 모두 임계구역에 진입

 

1-2. 한정 대기 문제

boolean lock1 = false;
boolean lock2 = false;
P1
lock1=true;			//lock1을 true(잠금)로 바꿈
while (lock2==true);	//lock2(다른 프로세스가 잠금)가 true이면 무한 대기
//임계구역
lock1=false;		//lock1을 false(잠금해제)로 바꿈

문제점

 

1. P1이 lock1 = true;를 실행하고 타임아웃

2. P2도 lock2 = true;를 실행하고 타임아웃

3. P1은 lock2가 true이기 때문에 무한루프

4. P2도 lock1이 true이기 때문에 무한루프

5. 아무도 임계구역을 들어가지 못했기때문에 lock을 false로 바꿀 수 없음

 

1-3. 진행의 융통성 문제

int lock=1; 	//공유변수

P1
while(lock==2);	//lock이 2이면(P2의 차례이면) 무한대기
//임계구역		
lock=2;			//lock을 2로(P2의 차례) 바꾼다

문제점

1. 두 프로세스가 번갈아 가며 임계구역에 진입

2. *경직된 동기화 발생

 

1-4. 피터슨 알고리즘

boolean lock1=false;
boolean lock2=false;
int turn=1;

P1
lock1=true;			//lock1을 true(잠금)로 바꿈
turn=2;				//turn(순서)을 프로세스 2에게 넘겨줌 
while(lock2==true && turn==2);	//lock2가 true이고(P2가 사용중이고) turn이 2이면(순서가 P2차례이면) 무한대기
//임계구역
lock1=false;		//lock1을 false(잠금해제)로 바꿈

문제점

1. 2개의 프로세스밖에 사용하지 못한다.

 

1-5. 데커 알고리즘

boolean lock1=false;
boolean lock2=false;
int turn=1;

P1
lock1=true;				//lock1을 true로 바꿈	
while(lock2==true)		//lock2가 true라면(P2가 사용하려한다면)중괄호의 내용 실행
{	if(turn==2)	{		//만약 turn이 2라면(순서가 P2의 차례라면)
		lock1=false;	//lock1을 false(잠금해제)로 바꿈
        while(turn==2);	//turn이 2라면 무한대기
        lock1=true;	}	//lock1을 true로 바꿈
}
//임계구역
turn=2;					//turn을 2로 바꿈 (P2의 순서로 바꿔줌)
lock1=false;			//lock을 false로 바꿈(잠금해제)

문제점

1. 피터슨 알고리즘과 데커 알고리즘은 임계구역 해결의 3조건을 모두 만족하지만 다소 복잡함

 

1-6. 하드웨어적인 해결방법

while(lock==true);	// 1행과 2행을 하드웨어적인 방법으로 하나의 행으로 만들 수 있음
lock=true;
//임계구역
lock=false;

다음 코드에서 1행과 2행이 따로 실행되기 때문에 오류가 발생한다. 하지만 하드웨어적인 방법으로 1,2행을 한번에 합칠 수 있다.

 

1-7. 세마포어

• Semaphore(n) : RS에는 현재 사용 가능한 자원의 수가 저장
• P( ) : 잠금을 수행하는 코드. RS가 0보다 크면 1만큼 감소시키고 임계구역에 진입. 0보다 작으면 0보다 커질 때까지 기다린다. 

 

용어 정리

교착 상태 : 한정 대기 조건을 보장하지 못하는 상황. 프로세스는 살아있으나 작업이 진행되지 않는 상태

경직된 동기화 : 프로세스의 진행이 다른 프로세스에 의해 방해 받는 것