[운영체제] 프로세스 동기화(임계구역/상호배제/세마포어)

프로세스 동기화

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여러 프로세스의 접근이 가능한 공유된 데이터에 여러 프로세스들이 동시에 접근했을 때를 방지하는 방법

임계구역/상호배제/세마포어

임계구역(Critical Section)

다중 프로그래밍 운영체제에서 여러 개의 프로세스가 공유하는 데이터 및 자원에 대하여 어느 한 시점에서는 하나의 프로세스만 자원 또는 데이터를 사용하도록 지정된 공유 자원(영역)을 의미

임계구역은 특정 프로세스가 독점할 수 없다.

상호 배제(Mutual Exclusion)

특정 프로세스가 공유 자원을 사용하고 있을 경우 다른 프로세스가 해당 공유 자원을 사용하지 못하게 제어하는 기법이다.

여러 프소세스가 동시에 공유자원을 사용하려 할 때 각 프로세스가 번걸아가며 공유 자원을 사용하도록 하는 것으로 임계 구역을 유지하는 기법

상호 배제 구현 기법

소프트웨어적 구현 방법	2개의 프로세스 기준 : 데커, 피터슨 알고리즘  여러 개의 프로세스 기준 : Lamport의 빵집 알고리즘
하드웨어적 구현 방법	Test & Set 기법, Swap 명령어 기법

세마포어(Semaphore)

P와 V 라는 2개의 연산에 의해서 동기화를 유지시키고, 상호배제의 원리를 보장

S라는 변수를 사용, P와 V 연산이 접근 가능한 세마포어 변수로, 공유자원의 개수를 나타낸다.

P연산(Wait) : 자원을 사용하려는 프로세스들의 진입 여부를 자원의 개수(S)를 통해 결정하는 것으로, 자원의 개수를 감소시켜(S=S-1) 자원이 점유되었음을 알림

V연산(Signal) : 대기 중인 프로세스를 깨우는 신호(WakeUp) , 자원의 개수를 증가시켜(S=S+1) 자원이 반납되었음을 알림

Wait(S){
    while(S<=0); // no operation
    S--;'
}
 
Signal(S){
    S++;
}

교착상태(DeadLock)

상호배제에 의해 나타나는 문제점으로, 둘 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 현상

필요충분 조건

• 상호배제(Mutual Exclusion)
• 자원은 한 번에 한 프로세스만 사용 가능
• 점유대기(Hold-and-Wait)
• 최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 있어야한다.  
• 비선점(No preemption)
• 다른 프로세스에 할당된 자원이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없다.
• 순환대기(Circular Wait)
• 점유한 자원을 순환하며 요구