[ERD]
ERD(Entity Relationship Diagram)는 데이터베이스를 구축할 때 가장 기초적인 뼈대 역할을 하며, 릴레이션 같의 관계들을 정의한 것입니다. 만약 서비스를 구축한다면 가장 먼저 신경 써야 할 부분이며 이 부분을 신경 쓰지 않고 서비스를 구축한다면 단단하지 않은골조로 건물을 짓는 것이나 다름없습니다.
ERD는 시스템의 요구 사항을 기반으로 작성되며 이 ERD를 기반으로 데이터베이스를 구축합니다.
[세마포어, 뮤텍스, 모니터의 차이 그리고 교착상태]
뮤텍스
뮤텍스(mutex)는 스레드가 공유 자원을 lock()을 통해 잠금설정하고 사용한 후에 unlock()을 통해 잠금해제하는 객체입니다.
잠금이 설정되면 다른 스레드는 잠긴 코드 영역에 접근할 수 없고 해제는 그와 반대입니다. 뮤텍스는 잠금 또는 잠금해제라는 상태만을 가집니다.
세마포어
세마포어는(semaphore)는 일반화된 뮤텍스입니다. 간단한 정수 값과 두가지 함수 wait(p함수라고도 함) 및 signal (v 함수라고도 함)로 공유 자원에 대한 접근을 처리합니다.
wait()는 자신의 차례가 올 때까지 기다리는 함수이며, signal()은 다음 프로세스로 순서를 넘겨주는 함수입니다.
프로세스가 공유 자원에 접근하면 세마포어에서 wait() 작업을 수행하고 프로세스가 공유 자원을 해제하면 세마포어에서 signal() 작업을 수행합니다.
세마포어에는 조건 변수가 없고 프로세스가 세마포어 값을 수정할 때 다른 프로세스는 동시에 세마포어 값을 수정할 수 없습니다.
뮤텍스는 한 개의 프로세스 또는 스레드만의 임계영역접근을 처리하지만 세마포어는 여러 개의 임계영역접근을 처리할 수 있습니다.
바이너리 세마포어
바이너리 세마포어는 0과 1의 두 가지 값만 가질 수 있는 세마포어입니다.
구현의 유사성으로 인해 뮤텍스는 바이너리 세마포어라고 할 수 있습니다.
하지만 엄밀히 말하면 뮤텍스는 잠금을 기반으로 상호배제가 일어나는 잠금 메커니즘이 들어간 객체고, 세마포어는 신호를 기반으로 상호배제가 일어나는 신호메커니즘이 들어간 객체입니다.
-참고로 신호메커니즘은 휴대폰에서 노래를 듣다가 친구로부터 전화가 오면 노래가 중지되고 통화처리작업에 관한 인터페이스가 등장하는 것을 상상하면 됩니다.
카운팅 세마포어
카운팅 세마포어는 여러 개의 값을 가질수 있는 세마포어이며, 여러 자원에 대한 접근을 제어하는 데 사용됩니다.
모니터
모니터는 둘 이상의 스레드나 프로세스가 공유 자원에 안전하게 접근할 수 있도록 공유자원을 숨기고 해당 접근에 대해 인터페이스만 제공합니다.
다음 그림처럼 모니터는 모니터큐를 통해 공유 자원에 대한 작업들을 순차적으로 처리합니다.
모니터는 세마포어보다 구현하기 쉬우며 모니터에서 상호 배제는 자동인 반면에, 세마포어에서는 상호 배제를 명시적으로 구현해야 하는 차이점이 있습니다.
교착 상태
교착 상태는 두 개 이상의 프로세스들이 서로가 가진 자원을 기다리며 중단된 상태를 말합니다.
예를 들어 프로세스 A가 프로세스 B의 어떤 자원을 요청할 때 프로세스 B도 프로세스 A가 점유하고 있는 자원을 요청하는 것이죠.
이에 대한 원인과 해결 방법은 다음과 같습니다.
교착 상태의 원인
- 상호 배제: 한 프로세스가 자원을 독점하고 있으며 다른 프로세스들은 접근이 불가능합니다.
- 점유 대기: 특정 프로세스가 점유한 자원을 다른 프로세스가 요청하는 상태
- 비선점: 다른 프로세스의 자원을 강제적으로 가져올 수 없습니다.
- 환형 대기: 프로세스 A는 프로세스 B의 자원을 요구하고, 프로세스 B는 프로세스 A의 자원을 요구하는 등 서로가 서로의 자원을 요구하는 상황을 말합니다.
교착 상태의 해결 방법
1. 자원을 할당할 때 애초에 조건이 성립되지 않도록 설계합니다.
2. 교착 상태 가능성이 없을 때만 자원 할당되며, 프로세스당 요청할 자원들의 최대치를 통해 자원 할당가능 여부를 파악하는 '은행원 알고리즘'을 씁니다.
3. 교착 상태가 발생하면 사이클이 있는지 찾아보고 이에 관련된 프로세스를 한 개씩 지웁니다
4. 교착 상태는 매우 드물게 일어나기 때문에 이를 처리하는 비용이 더 커서 교착 상태가 발생하면 사용자가 작업을 종료합니다. 현대 운영체제는 이방법을 채택했습니다. 예를 들어 프로세스를 실행시키다 '응답 없음'이라고 뜰 때가 있죠?
교착 상태가 발생한 경우에 이와 같은 경우가 발생하기도 합니다.
- 은행원 알고리즘
총 자원의 양과 현재 할당한 자원의 양을 기준으로 안정 또는 불안정 상태로 나누고 안정 상태로 가도록 자원을 할당하는 알고리즘
