1. Critical Section 란
❓ Critical Section
둘 이상의 Thread가한 공유 자원에 접근할 때, 오직 한 Thread만 접근을 허용해야 하는 경우 사용- 다른 프로세스가 접근할 수 없으므로 한 프로세스에 속한 스레드 간 동기화에만 사용
- EX ) synchronized, Thread-safe Collection
2. DeadLock 란
❓ DeadLock
multi-Thread 환경에서 하나의 thread가 공유 자원을 점유하고 있을 때,나머지 thread들이 작업이 끝나기를 하염없이 기다리는 상태- 해결방안 : 한 자원에 대해 여러 Thread를 동시에 접근 가능하게 하는 기법 사용 => semaphore, mutex
두 기법 모두 완벽한 기법은 아니다.
이 기법들을 쓰더라도 데이터 무결성을 보장할 수 없으며 데드락이 발생할 수도 있다.
하지만, 상호배제를 위한 기본적인 기법이며 여기에 좀 더 복잡한 매커니즘을 적용해 꽤나 우아하게 동작하는 프로그램을 구현할 수 있다.
✒️ DeakLock 발생 조건
- 상호 배제 (Mutual Exclusion) : 한 자원에 대해 여러 쓰레드 동시 접근 불가
- 점유와 대기 (Hold and Wait) : 자원을 가지고 있는 상태에서 다른 쓰레드가 사용하고 있는 자원 반납을 기다리는 것
- 비선점 (Non Preemptive) : 다른 쓰레드의 자원을 실행 중간에 강제로 가져올 수 없음
- 환형대기 (Circle Wait) : 각 쓰레드가 순환적으로 다음 쓰레드가 요구하는 자원을 가지고 있는 것
위의 4가지 조건을 모두 충족할 경우 데드락이 발생
반대로 말하면, 위 4가지 중 하나라도 충족하지 않을 경우 데드락을 해결할 수 있다는 뜻
3. Semaphore
❓ Semaphore
- 사전적 의미 : 신호를 보내는 것
- Multi-Thread 환경에서
하나의 자원을동시에 접근할 수 있는Thread의 수를 제어할 수 있게 하는 기법 - Counting semaphore : 현재 공유 자원에서 접근할 수 있는
2개 이상 Thread 수를 나타내는 값을 두는 기법 - Binary semaphore : 현재 공유 자원에서 접근할 수 있는
Thread 수를 한 개로 처리하는 기법
✒️ Counting semaphore 처리 과정
- 공유 자원 access allow count 3 으로 초기 설정
- 프로세스 시작 -> Thread 5개 동작 시작
- Thread 0 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 2
- Thread 1 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 1
- Thread 2 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 0
- Thread 3 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 -1 이므로 (음수)
!semaphore가 접근 차단! - Thread 1 작업 종료 access allow count +1 / 현재 접근 가능한 수 1
- Thread 3 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 0
- Thread 4 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 -1 이므로 (음수)
!semaphore가 접근 차단! - ...
✒️ Binary semaphore 처리 과정
- 공유 자원 access allow count 무조건 1 으로 초기 설정
- 프로세스 시작 -> Thread 5개 동작 시작
- Thread 0 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 0
- Thread 1 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 -1 이므로 (음수)
!semaphore가 접근 차단! - Thread 0 작업 종료 access allow count +1 / 현재 접근 가능한 수 1
- Thread 1 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 0
- Thread 2 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 -1 이므로 (음수)
!semaphore가 접근 차단! - Thread 1 작업 종료 access allow count +1 / 현재 접근 가능한 수 1
- Thread 2 접근 access allow count -1 / 현재 접근 가능한 수 0
- ...
4. Mutex
❓ Mutex
- 사전적 의미 : mutual exclusion 상호 배제 약자
- 현재 공유 자원에서 접근할 수 있는 Thread 수를
한 개로 처리하는 기법
✒️ Mutex 처리 과정
- 프로세스 시작 -> Thread 5개 동작 시작
- Thread 0 접근 mutex state : lock
- Thread 1 접근 lock 이기 때문에
차단후 해당 스레드 대기 큐로 보냄 - Thread 0 작업 종료 mutex state : unlock
- Thread 1 접근 mutex state : lock
- Thread 2 접근 lock 이기 때문에
차단후 해당 스레드 대기 큐로 보냄 - Thread 3 작업 종료 lock 이기 때문에
차단후 해당 스레드 대기 큐로 보냄 - Thread 4 접근 lock 이기 때문에
차단후 해당 스레드 대기 큐로 보냄 - ...
5. Mutex Semaphore 차이점
📝 차이점
- 세마포어는 뮤텍스가 될 수 있지만(이진 세마포어) 뮤텍스는 세마포어가 될 수 없다.
- 차이점 : 뮤텍스는
점유하고 있는 스레드만unlock할 수 있지만, 세마포어는점유하고 있지 않는(놀고 있는)스레드도 unlock을 할 수 있다.
📌 여담
- 꾸준히 공부해야지!
📚 참고
- https://deukyu.tistory.com/1
- https://drcode-devblog.tistory.com/297
- https://cpm0722.github.io/operating-system/semaphore
- https://javaplant.tistory.com/30
- https://worthpreading.tistory.com/90
- https://becomeweasel.me/mutex-and-semaphore/
- https://drcode-devblog.tistory.com/297
- https://becomeweasel.me/mutex-and-semaphore/
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