[OS]Process Synchronization(Monitor)

이 글은 KOCW에 공개되어있는 '반효경 교수님'의 운영체제 강의 및 강의 교재 Operation System Concepts(a.k.a 공룡책🦕)의 내용을 기반으로 작성했습니다.

이번 챕터에서는 지난 챕터에 이어 Process Synchronization의 Monitor에 관해 정리해보겠습니다
오류가 있다면 댓글로 정정 부탁드립니다

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Monitor

동시 수행중인 프로세스 사이에서 abstract data type의 안전한 공유를 보장하기 위한 high-level synchronization construct

• 모니터 내에서는 한번에 하나의 프로세스만이 활동 가능(active 한 process 0일 때 모니터 사용 가능해짐)
• 프로그래머가 동기화 제약 조건을 명시적으로 코딩할 필요 없음(일일히 락을 걸어줄 필요가 없다)
• 모니터 안에서 실행하다 무언가 충족이 안돼서 프로세스가 오래 걸린다면 그 프로세스를 잠들게 한다
• 충족되지 않은 값을 변수(condition variable)로 두게 된다
• Monitor과 세마포어는 다른 용도로 이용되는 코드이다

| condition variable (x, y)

프로세스가 모니터 안에서 기다릴 수 있도록 하기 위해 condition variable을 이용한다(세마포어와 비슷한 역할 함)

• condition variable은 wait와 signal 연산에 의해 접근이 가능하다
• 자원 여분이 있다면 바로 주고, 없으면 wait, 끝나면 signal을 통해 빠져나가도록 하는 함수를 만든다

wait

• x.wait()를 invoke를 한 프로세스는 다른 프로세스가 x.signal()를 하기 전까지 suspend 된다(어떤 프로세스를 잠들게 하고, x라는 condition variable에 줄 서있게 된다)

signal

• x.signal()은 정확하게 하나의 suspend된 프로세스를 resume한다 (잠들어 있는 프로세스를 깨워줌)
• suspend된 프로세스가 없으면 아무일도 일어나지 않는다
  
  

| Bounded Buffer Problem

monitor bounded_buffer
{

int buffer[N];
condition full, empty; 

void produce(int x){
if there is no empty buffer
   empty.wait(); 
add x to an empty buffer
   full.signal();
}

void consume(int *x){
if there is no full buffer 
    full.wait();
remove an item from buffer and store it to *x
    empty.signal();
}

}

• condition variable(full, empty)은 값을 가지지 않고 자신의 큐에 프로세스를 매달아서 sleep 시키거나 큐에서 프로세스를 깨우는 역할만 함
• 세마포어를 이용할 때는 데이터 출입이 있을 때 락을 걸었었지만, 모니터에서는 생산자/소비자 상관 없이 다른 프로세스의 접근을 모니터가 막아주기 때문에 락을 걸 필요가 없다(한번에 하나의 프로세스만 접근 가능)
• 잠들어 잇는 프로세스가 있다면 signal이 작동하겠지만, 없다면 signal 변수에 아무 일도 일어나지 않는다

| Dining Philosophers Example(모니터)

monitor dining_philosopher
{

enum {thinking, hungry, eating} state[5];
condition self[5];

void pickup(int i){
state[i] = hungry;
test(i);
if (state[i] != eating){
self[i].wait();
}

void putdown(int i){
state[i] = thinking'
test((i+4)%5);
test((i+1)%5);
}


void test(int i){
if ((state[(i+4)%5] != eating) && (state[i] == hungry) && (state[(i+1) %5] != eating)){
state[i] = eating;
self[i].signal();
}

void init(){
for (int i = 0; i < 5; i++) state[i] = thinking;
}
}

↑ 모니터 코드로 진입하게 된다 
Each Philosopher
{
pickup(i);
eat();
putdown(i);
think();
}while(1)
- 젓가락을 잡는 것은 모니터 내부의 함수