Process Synchronization

 

OS에서 race condition은 언제 발생하는가?

1. kernel 수행 중 인터럽트 발생 시

2. process가 system call을 해서 kernel mode로 수행 중인데 context switch가 일어나는 경우

3. Multiprocessor에서 shared memory 내의 kernel data

 

 

- 공유 데이터의 동시접근은 데이터의 불일치 문제를 발생시킬 수 있다.

일관성 유지를 위해서는 협력 프로세스간의 실행 순서를 정해주는 메커니즘이 필요하다.

 

*Race condition

- 여러 프로세스들이 동시에 공유 데이터에 접근하는 상황

- 데이터의 최종 연산 결과는 마지막에 그 데이터를 다룬 프로세스에 따라 달라짐.

 

race condition을 막기 위해서는 concurrent process는 동기화되어야 한다.

 

 

프로그램적 해결법의 충족 조건

1.Mutual Exclusion(상호 배제)

- 프로세스1이 critical section부분을 수행 중이면 다른 프로세스들은 critical section에 들어가면 안됨.

 

2. Progress(진행)

- 아무도 critical section에 있지 않은 상태에서 들어가고자 하는 프로세스가 있으면 들어가게 해줌.

 

3. Bounded Waiting(유한 대기)

- 프로세스가 critical section에 들어가려고 요청한 후부터 허용될 때까지 다른 프로세스들이 들어가는 횟수에 한계가 있어야 함.

 

-> Busy waiting(=spin lock)문제점이 있음. 계속 cpu와 memory를 쓰면서 wait하는 경우

 

-공유되는 데이터를 획득하고 반납하는 과정에서 semaphore를 사용함.

 

 

Busy-wait  vs Block/ wakeup

 

Critical section의 길이가 긴 경우 Block/Wakeup이 적당.

Critical section의 길이가 매우 짧은 경우 Block/wakeup오버헤드가 busy-wait 오버헤드보다 더 커질 수 있음.

일반적으로는 block/wakeup방식이 더 좋음.

 

busy waiting은 a라는 쓰레드 작업이 끝날 때까지 기다려야할 때, 해당 영역에 접근이 가능한지 무한체크해야 하는 과정을 거친다.

반면, block/wakeup은 a라는 쓰레드가 critical section에 들어가면 무한체크를 하는 것이 아니라 wait queue에 들어가 대기한다. 

 

 

Deadlock and Starvation

deadlock : 둘 이상의 프로세스가 서로 상대방에 의해 충족될 수 있는 event를 무한히 기다리는 현상

 

 

Bounded-Buffer-Problem

 

 

Semaphore와 Mutex

semaphore: 공유된 자원의 데이터 혹은 임계영역(critical section)에 여러 process나 Thread가 접근하는 것을 막아줌.

Mutex : 공유된 자원의 데이터 혹은 임계영역에 하나의 process나 thread가 접근하는 것을 막아줌

.

 

*critical section은 여러 프로세스가 데이터를 공유하면서 수행될 때 각 프로세스에서 공유 데이터에 접근하는 프로그램 코드 부분을 가리킨다.

 

 

https://jhnyang.tistory.com/101

[운영체제]세마포어(semaphore) 완전 쉬운 이해! wait(), signal(), 이진, 계수형

 

세마포어는 공유데이터에 접근할 때마다 lock을 걸어주는 변수가 필요했는데, monitor는 이러한 과정이 필요가 없다.