Semaphore & Mutex

📖경쟁 상태(Race Condition)

• Race Condition을 해결하기 위해서는 공유 자원에 한 번에 하나의 프로세스만 접근할 수 있도록 제한을 두는 동기화 방식 취해야 함 대표적인 것이 Semaphore와 Mutex

📖Semaphore

멀티 프로그래밍 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 제한하는 방법

• 동기화 대상이 하나 이상
• 공유 자원을 사용하고 있는 프로세스, 스레드의 수를 공통으로 관리하는 하나의 값을 이용 → Mutal Exclusion 달성
• 사용자는 공유 자원에 접근할 수 있는 프로세스의 최대 허용치만큼 동시에 접근 가능
• 각 프로세스는 Semaphore의 값을 확인하고 변경 가능
• 이미 다른 프로세스에 의해 사용중이라는 사실을 알게 되면, 재시도 전에 일정시간 대기
• 사용이 가능해지면, 대기하던 프로세스가 즉시 자원을 사용

화장실에 여러 개의 칸이 있고, 화장실의 빈 칸 개수를 보여주는 전광판 가진 레스토랑

• 화장실을 이용하는 사람 : 프로세스, 스레드
• 화장실 : 공유 자원
• 화장실 빈칸의 수 : 현재 공유 자원에 접근할 수 있는 프로세스와 스레드의 수

📖Mutex

동시 프로그래밍에서 공유 불가능한 자원의 동시 사용을 피하기 위해 사용하는 방법

• 동기화 대상이 하나
• Critical Section을 가진 스레드들의 Running Time이 서로 겹치지 않고 각각 단독으로 실행 → Mutal Exclusion 달성
• Key에 해당하는 어떠한 객체를 소유한 스레드/프로세스만이 공유자원에 접근 가능
• 뮤텍스 객체를 두 스레드가 동시에 사용 불가 ( ∵ Synchronization(동기화) 또는 Lock(락) 을 사용)

화장실이 하나밖에 없어 화장실을 가기 위해서는 열쇠를 받아 가야 하는 레스토랑

• 화장실을 이용하는 사람 : 프로세스, 스레드
• 화장실 : 공유 자원
• 화장실 열쇠 : 공유 자원에 접근하기 위해 필요한 어떤 오브젝트

📖Semaphore와 Mutex의 차이점

1. 동기화 개수

Semaphore : 동기화 대상 1개 이상 Mutex : 동기화 대상 1개

2. Semaphore → Mutex 🙆🏻‍♀️ / Mutex → Semaphore 🙅🏻‍♀️

Mutex는 0, 1로 이루어진 이진상태를 가지므로 Binary Semaphore가 될 수 있음

3. 자원 소유 가능 여부

Semaphore : 자원 소유 불가 Mutex : 자원 소유 가능, 책임을 가짐

• 상태가 0, 1(이진상태)뿐이므로 Lock을 가질 수 있음

4. 해제 가능 스레드

Semaphore : 소유하지 않는 스레드도 해제 가능 Mutex : 소유하고 있는 스레드만이 해제 가능

5. 시스템 범위와 프로세스 범위

Semaphore : 시스템 범위에 걸쳐져 있으며, 파일 시스템 상의 파일로 존재 Mutex : 프로세스 범위를 가지며, 프로세스가 종료될 때 자동으로 Clean Up