[운영체제-김덕수교수님] 프로세스 상호배제, 동기화(7/7) - Monitor

Semaphore 를 비롯한 운영체제 레벨의 동기화, 상호배제 로직은 복잡하고 쓰기가 어렵다.

그래서 사용이 쉬운 언어 레벨의 상호배제와 동기화를 배워보자.

High-level Mechanism

• Monitor
• Language-level constructs
• Object-Oriented concept과 유사
• 사용이 쉬움

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Monitor

• 공유 데이터와 Critical section의 집합
• Conditional variable
  • wait(), signal() operations

• 한번에 한명만 들어올 수 있는 책방을 가정해보자.

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구조

• Entry Queue(진입큐)
  • 모니터 내의 procedure(function) 수만큼 존재
• Mutual exclusion
  • 모니터 내에는 항상 하나의 프로세스만 진입 가능
• Information hiding (정보 은폐)
  • 공유 데이터는 모니터 내의 프로세스만 접근 가능
• Condition Queue(조건 큐)
  • 모니터 내의 특정 이벤트를 기다리는 프로세스가 대기
• Signaler queue(신호 제공자 큐)
  • 모니터에 항상 하나의 신호제공자 큐가 존재
  • signal() 명령을 실행한 프로세스가 임시 대기

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모니터의 자원할당 문제

• 자원 요청 명령
• 자원 반납 명령

코드는 쉬운 편

이해는 어려운 편

1. Pj 가 처음으로 "RequestR() 엔트리 큐"에 담긴다.
2. R_available 이 Max_ 1 이라고 가정하면 현재는 0이며 비어 있으므로 RequestR()로 Pj 가 담긴다.
3. Pj 가 리소스를 할당 받고 일을 처리한다.
4. 그 사이 RequestR 엔트리 큐에 Pk 와 Pr 이 담긴다.
5. Pk 와 Pr은 현재 리소스를 Pj 가 사용하고 있으므로 Condition_queue 에 가서 기다린다.
6. 일을 마친 Pj 는 ReleaseR() 엔트리 큐에 담겼다가 releaseR() 로 간다.
7. 그러면 현재 R_available 의 최대 허용 개수는 1개이므로 더 프로세스가 들어올 수 없다.(현재 Pj 가 있기 때문)
8. 그러므로 잠시 Pj 가 signaler queue 로 가서 R_available 을 1로 만든다.
9. signaler queue 에서 condition queue 에 담긴 Pk 를 깨워서 RequestR() 로 보냈다가 R 를 할당한다.(이게 "signal()"인가?)
10. 그럼 다시 R_available 이 1 이 되는데 signaler queue 에 담겼던 Pj 가 미처다 못한 일을 처리하기 위해 releaseR() 에 담겨서 일을 처리하고 끝난다.

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생산자와 소비자 문제

말하는 대로 짜면 되긴 한다.

고민해보고 아래 코드를 보자.

Reader-Writer Problem

• reader/writer 프로세스들간의 데이터 무결성 보장 기법
• writer 프로세스에 의한 데이터 접근 시에만 상호 배제 및 동기화 필요함
• 모니터 구성
  • 변수 2개
    • 현재 읽기 작업을 진행하고 있는 reader 프로세스의 수
    • 현재 writer 프로세스가 쓰기 작업을 진행 중인지 표시
  • 조건 큐 2개
    • reader/writer 프로세스가 대기해야 할 경우에 사용
  • 프로시져 4개
    • reader(writer) 프로세스가 읽기(쓰기) 작업을 원할 경우에 호출
    • reader(writer) 프로세스가 읽기(쓰기) 작업을 마쳤을 때 호출

Dining philosopher problem

• 5명의 철학자
• 철학자들은 생각하는 일, 스파게티 먹는 일만 반복함
• 공유자원: 스파게티, 포크
• 스파게티를 먹기 위해서는 좌우 포크 2개 모두 들어야함

철학자를 프로세스로 대입해보면 된다.

• 최초의 상태는 두개씩 쓸 수 있다.
• 2개씩 쓸 수 없으면 기달린다.
• 먹다가 다먹으면 옆에 있는 친구를 깨워준다.

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장점

• 사용이 쉽다
• Deadlock 등 error 발생 가능성이 낮음

단점

• 지원하는 언어에서만 사용 가능
• 컴파일러가 OS를 이해하고 있어야함
  • Critical Section 접근을 위한 코드 생성

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