🚦 동기와 비동기
* 동기의 정의
- 요청과 그에 따른 결과가 동시에 일어나는 것
- 즉 요청 후 결과가 와야만, 그 다음 작업이 이루어지는 방식
🤦♀️어떠한 일을 처리하는 동안 다른 일을 할 수 없다.
*비동기 정의
- 요청과 그 결과가
동시에 일어나지 않는 것- 요청 후 결과가 오는 동안, 그 다음 작업이 이루어지는 방식
👍 동기보다 복잡하지만, 일을 처리하면서도 다른 쪽에서도 일을 할 수 있어 효율적임.
🚨 블로킹, 논 블로킹
정의 :
'블로킹'/'논-블로킹'은 동기/비동기와 관점이 다르고, 제어권이 어디에 있느냐에 대한 관점이다.
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블로킹
호출된 함수가 자신의 작업을 모두 끝날 때 까지 제어권을 갖고 있어 호출한 함수가 대기하도록 함 -
논-블로킹
호출된 함수가 바로 return 해서 호출한 함수에게 제어권을 주어 다른 일을 할 수 있게 함
🚗 프로세스 동기화
A와 B를 동일하게 만드는 작업이다. 즉 여러 프로세스가 공유하는 자원의 일관성을 유지하는 것.
=> 공유하는 자원에 하나의 프로세스만이 이용하도록 제어
⭐ 경쟁 상태
여러 프로세스나 스레드가 '동기화 메커니즘' 없이 자원에 접근하려는 상황을 가리킵니다. 공유된 자원에 대한 접근 순서에 따라 실행 결과가 달라질 수 있는 상황을 의미
⭐임계영역
* 정의
동일한 자원에 동시에 접근하는 작업(ex. 공유하는 변수 사용, 동일 파일 접근 및 수정 등)을 실행하는 코드 영역을 뜻함.
- 즉 동시에 접근하려고 하는 자원에서 문제가 발생하지 않게 독점을 보장해줘야 하는 영역
=>멀티 스레딩의 문제점 중 하나
💬 <임계영역을 해결하기 위한 전제 조건>
- 상호배제 : 한 프로세스가 임계영역에 들어갔을 때 다른 프로세스는 접근할 수 없게 함
- 한정 대기 : 특정 프로세스가 진입 요청 후, 받아들여질 때까지 다른 프로세스들이 이 임계영역에 진입하는 횟수는 제한이 있어야 함.
=> 아예 한 번도 안들어가는 경우는 x야함. - 진행 : 임계 구역에 들어간 프로세스가 없는 상태에서, 들어가려고 하는 프로세스가 여러 개 있다면 어느 것이 들어갈지를 적절히 결정해주어야 한다.
해결방법
1. Mutex (뮤텍스)
ex) 이해 꿀팁: 화장실 키를 들고 갔다로 이해하자
뮤텍스는 상태가 오직 획득(Lock) / 해제(Unlock)만 존재한다
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(정의)
임계영역에 진입하는 프로세스는 'Lock'을 획득 -> 영역을 나올 때, 'Lock'을 방출 -
(한계) 다중처리기 환경에서는 시간적인 효율성 측면에서 적용이 어려움.
2. Semaphores(세마포)
스핀락과 뮤택스와 달리 표현형이 정수형으로, 하나 이상의 컴포넌트가 공유자원에 접근할 수 있게 허용한다. 소프트웨어상에서 임계영역 문제를 해결하기 위한 동기화 도구로 2가지로 나뉘어진다.
ex) 이해 꿀팁 🤔:
세마포어는 화장실이 여러 개 있고, 화장실 입구에는 현재 빈 화장실의 개수를 알려주는 전광판이 있는 식당과 비슷하다.
모든 칸의 화장실이 사용중일 때 전광판의 숫자는 0이 되며, 손님들은 전광판 숫자가 1로 바뀔 때까지 대기해야한다.
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카운팅 세마포
- 도메인이 0 이상인 임의의 정수값인 세마포어
- 여러개의 자원을 가질 수 있으며, 제한된 자원을 가지고 액세스 작업할 때 사용
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이진 세마포
- 0 or 1의 값만을 가지는 세마포어
- 임계영역 문제를 해결하는 데에 사용
=> 자원이 하나라 '뮤텍스'로도 사용가능
(결론)
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'뮤텍스'는 상태가 0, 1 두 개 뿐인 binary Semaphore 라고 볼 수 있다.
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'세마포어'는 프로세스(스레드)가 소유할 수 없는 반면, '뮤텍스'는 소유가 가능하며 프로세스(스레드)가 이에 대한 책임을 진다. (Mutex 의 경우 상태가 두개 뿐인 lock 이므로 lock 을 ‘가질’ 수 있다.)
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'뮤텍스'는 동기화 대상이 오직 하나뿐일 때, '세마포어'는 동기화 대상이 하나 이상일 때 사용한다.
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'세마포어'는 시스템 범위에 걸쳐있고 파일 시스템 상의 파일 형태로 존재한다.
반면 '뮤텍스'는 프로세스 범위를 가지며 프로세스가 종료될 때 자동으로 해제된다.
1. 교착상태
두 개 이상의 작업이 서로 상대방의 작업이 끝나기만을 기다리기 때문에 아무것도 완료되지 못하고 있는 상태
🤦♂️교착상태를 발생시키는 조건[모두 성립되어야 함]
1. 상호배제 : 하나의 프로세스가 자원을 사용중일 때 다른 프로세스는 그를 사용할 수 없다.
2.점유 대기 : 최소 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스가 사용중인 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재한다.
3. 비선점 : 다른 프로세스가 자원을 사용중인 경우 그 사용이 끝날 때 까지 강제로 뺏을 수 없다.
4. 순환 대기 : 프로세스의 집합에서 순환형태로 자원을 대기하고 있어야 한다.
👍교착상태의 예방과 회피,회복, 무시
(예방)
조건 중 하나를 제거하면서 예방.
- 상호 배제 부정 : 여러 프로세스가 공유 자원 사용
- 점유 대기 부정 : 프로세스 실행 전 모든 자원 할당
- 비선점 부정 : 점유중인 자원을 다른 프로세스가 요구하는 경우 그를 반납
- 순환 대기 부정 : 자원에 고유 번호를 할당한 후 순서대로 자원 요구
(회피)
- 은행원 알고리즘
프로세스가 자원을 요구할 때 시스템은 자원을 할당한 후에도 안정 상태로 남아있게 되는지 미리 검사하여 교착 상태를 회피한다.
그 외에 회복과 무시...
교착상태 발생시, 해결한다와 성능저하가 심할 경우 무시한다.
2. 기아상태
특정 프로세스의 우선 순위가 낮아서 원하는 자원을 계속 할당받지 못하는 상태를 말함.
(해결 방법)
- 프로세스 우선순위 수시 변경을 통해 각 프로세스 높은 우선순위를 가지도록 기회 부여
- 오래 기다린 프로세스의 우선순위 높이기
- 요청 순서대로 처리하는 요청큐 사용
참고
