병행 프로세스
운영체제가 프로세서를 빠르게 전환해 마치 프로세스 여러 개를 동시에 실행하는 것처럼 보이게 하는 것
공유 영역 : 모든 프로세스가 동시에 공유, 메모리 자원은 공유 영역에서 병렬(parallel)로 사용
병행성
- 여러 프로세스를 이용하여 작업을 수행하는 것
- 시스템 신뢰도를 높이고 처리 속도 개선, 처리 능력을 높이는 데 중요하다.
문제점
-
각 프로세스들은 서로의 존재를 모름 (비동기적)
-
병행 수행중인 비동기족 프로세스들이 공유 자원에 동시에 접근할 때 문제가 발생
-
임계 영역 (Critical Section) : 공유 자원을 접근하는 코드 영역
-
상호 배제 : 동시에 임계 영역에 진입하는 것을 막는 것
상호 배제(mutual exclusion)
- 병행 프로세스에서 공유 자원이 사용되고 있을 시 다른 프로세스가 접근할 수 없도록 막는 방법
- 읽기 연산은 공유 데이터에 동시에 접근해도 문제가 발생하지 않는다.
상호 배제의 조건
- 두 프로세스는 동시에 공유 자원에 진입 불가
- 프로세스의 속도나 프로세서 수에 영향을 받지 않음
- 공유 자원을 사용하는 프로세스만 다른 프로세스 차단 가능
- 프로세스가 공유 자원을 사용하려고 너무 오래 기다려서는 안됨
생산자-소비자 문제
- 운영체제에서 비동기적으로 수행하는 모델
- 생산자 프로세스가 생산한 정보를 소비자 프로세스가 소비하는 형태
생산자는 버퍼가 꽉 차면 더이상 생산 불가, 소비자는 버퍼가 비면 데이터 소비 불가
무한 버퍼를 이용한 생산자-소비자 알고리즘
코드
- 생산자 프로세스는 생산하는 새로운 원소를 지역변수 nextProduced에 저장
- 소비자 프로세스는 원소를 지역변수 nextConsumed에 저장
공유 데이터의 선언
#define BUFFER_SIZE 10
typedef struct {
DATA data;
} item;
item buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;
int counter = 0;생산자 프로세스
item nextProduced;
while(true) {
// 버퍼가 가득 차 있을 경우 계속 while문에 머뭄
while (counter == BUFFER_SIZE);
buffer[in] = newxtProduced;
// 유한 버퍼
in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
counter++;
}소비자 프로세스
item nextConsumed;
while(true) {
// 버퍼가 비어있을 경우 아무 일도 하지 않음
while (counter == 0);
nextConsumed = buffer[out];
out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
counter--;
}경쟁 상태
- 동시에 공유 데이터 접근 시, 접근 순서에 따라 실행 결과가 달라지는 상황
- 공유 데이터에 마지막으로 남는 데이터의 결과를 보장할 수 없다.
- 읽기와 쓰기 명령을 동시에 실행해야 한다면, 기본적으로 읽기 명령을 먼저 수행 후 쓰기 명령을 수행한다.
경쟁 상태의 예방
- 병행 프로세스들을 동기화해야 함 (임계 영역을 이용한 상호배제로 구현)
- counter를 한 순간에 하나의 프로세스만 조작할 수 있도록 해야 함.
Reference
운영체제:그림으로 배우는 구조와 원리 - 한빛 아카데미
