📌 Process Synchronization 2

📖 01. Semaphores

• 추상자료형 = operation + object

• Semaphores도 일종의 추상자료형이다.

• Semaphores 변수 S가 존재한다고 하면 이 변수 S는 정수값을 갖을 수 있고 연산은 2가지가 정의되고 있다.
  -> P연산, V연산가 존재한다.

• lock을 풀고 거는것을 Semaphores가 제공한다.

• 공유 자원을 획득하고 반납하는 것을 semaphores가 제공한다.

• P연산 : 공유데이터를 획득하는 과정

• V연산 : 공유데이터를 반납하는 과정

• 정수인 변수값을 공유데이터의 개수라고 생각하면 된다.
  -> s = 5라면 P연산을 했을 때 자원을 하나 가져가게 되고 S = 4가 된다.

• lock을 걸고 푸는 것은 semaphores값이 1이라고 생각하면 된다.
  -> P연산을 하면 lock을 거는 과정이고 V연산을 하면 lock을 푸는 과정이다.

• 연산이 atomic하게 된다고 가정한다.
  -> semaphores는 추상화이기 때문에 연산에 대한 자세한 과정은 생략하자.

📖 02. Critical Section of n Processes

• 다음은 Critical Section에 Semaphores를 사용한 경우이다.

• Semaphores가 주어지면 프로그래머는 p,v연산을 사용하면되는 것이고 해당하는 내용은 시스템에 따라 정해줘야 한다.

• 현재 p연산은 busy-wait상태이며 효율적이지 못하다.(CPU를 계속 사용하기 때문이다.)
  -> 다른 방법이 존재하는데! Block & Wakeup 방식이다.
  -> CPU를 사용하지 않고 waitting 상태가 되는 방법이 존재한다.

📖 03. Block / Wakeup Implementation

• 누군가가 공유데이터를 사용하고 있다면 그 Process가 공유데이터를 내놓기 전까지 내 차례가 오지 않는다.
  -> CPU를 반납하고 Blocked상태로 만들자.(busy watting x)
  -> 공유데이터를 사용하던 process가 반납하면 blocked 상태에 있던 process가 깨어나고 Ready Queue에 들어가게 된다.

• 누군가가 semaphores를 쓰고 나서 반납을 하게되면 block된 process중 하나를 깨워서 wakeup(P)을 시키게 된다.

• semaphores변수가 있다고 했을 때 누군가는 이 변수를 획득했을 것이다.
  -> semahpores변수를 획득하지 못한 process들은 PCB를 semaphores변수 Queue에다가 매달아 놓는다.

📖 04. Implementation

• block & wakeup 방식에서 semaphores에 동작 방식을 보자.

• P연산은 자원을 획득하는 과정이다.
  -> 자원의 여분이 있다면 바로 획득할 것이고 자원의 여분이 없다면 잠들것이다.(blocked 상태)

• V연산은 자원을 다 쓰고나서 반납을 하는 것이다.
  -> 반납하고 끝나는 것이 아니라 이 자원을 기다리고 있는 process가 존재한다면 그것을 깨워주는 역할까지 V연산에 들어가야 한다.

• add this process to S.L : S에 있는 구조체 L에 Process를 연결시키자.

• V연산에서 if(S.value <= 0) : 공유데이터(S)를 더했음에도 불구하고 음수라는 것은 해당 공유데이터를 기다리고 있는 process가 존재한다는 뜻이다.
  -> 기다리는 process가 존재한다면 깨워주자!

📖 05. Which is better?

• Busy-wait 보다 Block/wakeup 방식이 CUP를 좀 더 의미있는 것에 사용할 수 있다.
  -> 그러나 Block/wakeup 방식 또한 오버헤드가 존재하는데 process의 상태를 ready상태에서 waitting 상태로 바꿔야 하기 때문이다. + 공유데이터가 생기면 waitting 상태를 다시 ready상태로 바꿔주는 작업이 필요하다.

• Block/wakeup도 오버헤드가 발생하기 때문에 critical section이 너무 짧을 경우에는 busy-wait 방식도 괜찮다.

📖 06. Two Types of semaphores

• semaphores을 2가지 경우로 나눌 수 있다.
  -> 자원의 개수가 1개인 경우 : lock
  -> 자원의 개수가 많을 경우 : Counting semaphore이라고 한다.

📖 07. Deadlock and Starvation

• semaphores을 사용할 때 주의할 점이 존재한다.
  -> 예) semaphores S, Q가 존재하는데 둘 다 획득해야 진행 할 수 있는 상황이다.
  -> P0가 S를 획득하고 CPU를 잃어버린 후 P1이 Q를 얻었다면 P1은 S를 획득할 수 없는 상황이 되버린다.(영원히 기다리는 상황)
  -> 이런 상태를 Deadlock이라고 부른다.
  -> 자원을 획득하는 순서를 똑같이 맞춰주면 Deadlock상태를 해결 할 수 있다.

• starvation(자원을 얻지 못하고 계속 기다리는 상태)문제가 발생 할 수 있다.
  
  
  
  

[출처] 반효경 교수님 강의