[OS] 8. 프로세스 동기화

동시다발적으로 실행되는 프로세스들은 서로 협력하며 영향을 주고 받는다

이 과정에서 자원의 일관성을 보장해야 한다. → 프로세스들의 동기화를 고려해야 한다

 

1. 프로세스 동기화의 의미

• 프로세스들의 수행 시기를 맞추는 것
• 크게 두가지를 의미함
  • 실행 순서 제어를 위한 동기화: 프로세스를 올바른 순서대로 실행하기
  • 상호 배제를 위한 동기화: 동시에 접근해서는 안되는 자원에 하나의 프로세스만 접근하게 하기
  • (실행의 문맥을 갖는 모든 대상은 동기화 대상이기에 스레드도 동기화 대상입니다)
• 공동의 목적을 위해 동시에 수행되는 프로세스
  • ex) 워드 프로세서 프로그램
    • 맞춤법 검사 프로세스
    • 입력 내용을 화면에 출력하는 프로세스
    Q. 이런 프로세스들이 아무렇게나 마구 실행되도 괜찮을까?
  • A. No. 올바른 수행을 위해 프로세스들은 동기화되어야 한다

 

2. 실행 순서 제어를 위한 동기화

: 동시다발적으로 실행되는 두 개 이상의 프로세스가 있을 때 실행 순서를 제어하도록 동기화를 해주는 것

• reader writer problem
  • Writer: Book.txt 파일에 값을 저장하는 프로세스
  • Reader: Book.txt 파일에 저장된 값을 읽어들이는 프로세스
  • Reader와 Writer 프로세스는 무작정 아무렇게나 실행되어선 안된다. 실행의 순서가 있기 때문
  • Reader 프로세스는 ‘Book.txt’ 안에 값이 존재한다’는 특정 조건이 만족되어야만 실행 가능

 

3. 상호 배제를 위한 동기화

• 공유가 불가능한 자원의 동시 사용을 피하기 위한 동기화
• 한 번에 하나의 프로세스만 접근해야 하는 자원에 동시 접근을 피하기 위한 동기화

1. Bank account problem
   • 현재 계좌에 잔액이 10만원 있다.
   • 프로세스A는 현재 잔액에 2만원을 추가하는 프로세스, 프로세스 B는 현재 잔액에 5만원을 추가하는 프로세스일 때 A와 B를 동시에 실행하면? 당연히 계좌에 17만원이 남을까?
   • 17만원이 아닌 경우가 존재한다
     • A와 B사이에 문맥교환이 일어나면서 A의 프로세스가 마무리 되지 않아 잔액이 10일때 B가 10에 5를 더하고 프로세스가 끝난 후에, A가 다시 진행되면 기존에 읽어들인 잔액인 10만원에 2만원을 더하게 될 수 있음.
2. Producer & Comsumer problem
   • 물건을 계속해서 생상하는 생산자와 물건을 계속해서 소비하는 소비자가 ‘총합’ 변수를 공유할 경우→ 동기화가 되지 않았기 때문에 발생한 문제
   • → 동시에 접근해서는 안되는 자원(총합)에 동시에 접근해서 발생한 문제
   • 생산자를 100000번, 소비자를 100000번 실행하면 ‘총합’은?

 

4.공유 자원과 임계 구역

• 공유 자원: 여러 프로세스 혹은 스레드가 공유하는 자원
  - 전역 변수, 파일, 입출력장치, 보조기억 장치, …
• 임계 구역: 동시에 실행하면 문제가 발생하는 자원에 접근하는 코드 영역
  - 앞선 예시의 ‘총합’ 변수, ‘잔액’ 변수, …
• 임계 구역에 동시에 접근하면 자원의 일관성이 깨질 수 있다. 이를 레이스 컨디션(race condition)이라고 한다

 

5. 운영체제가 임계 구역 문제를 해결하는 세 가지 원칙 (상호 배제를 위한 동기화를 위한 세 가지 원칙)

1. 상호 배제 mutual exclution: 한 프로세스가 임계 구역에 진입했다면 다른 프로세스는 들어올 수 없다
2. 진행 progress: 임계 구역에 어떤 프로세스도 진입하지 않았다면 진입하고자 하는 프로세스는 들어갈 수 있어야 한다
3. 유한 대기 bounded waiting: 한 프로세스가 임계 구역에 진입하고 싶다면 언젠가는 임계 구역에 들어올 수 있어야 한다(임계 구역에 들어오기 위해 무한정 대기해서는 안 된다)

 

 

 

 

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『혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제』 강의 내용을 기반으로 작성된 글입니다