Semaphore(세마포어) & Mutex(뮤텍스)

Semaphore 란?

- 프로세스간 메세지 전송을 하거나, 혹은 공유메모리를 통해서 특정 data를 공유하게 될경우 발생하는 문제는

  공유된 자원에 여러개의 프로세스가 동시에 접근을 하면서 발생한다. 

  단지 한번에 하나의 프로세스만 접근 가능하도록 만들어 줘야 하고 이때 세마포어를 쓴다.

- 세마포어는 리소스의 상태를 나타내는 간단한 카운터로 생각할 수 있다. 일반적으로 비교적 긴 시간을 확보하는 리소스에 대해 이용한다.

  유닉스 시스템의 프로그래밍에서 세마포어는 운영체제의 리소스를 경쟁적으로 사용하는 다중 프로세스에서 행동을 조정하거나 또는 동기화 시키는 기술이다.

  세마포어는 운영체제 또는 커널의 한 지정된 저장장치 내 값으로서, 각 프로세스는 이를 확인하고 변경할 수 있다.

  확인되는 세마포어의 값에 따라, 그 프로세스가 즉시 자원을 사용할 수 있거나, 또는 이미 다른 프로세스에 의해 사용 중이라는 사실을 알게 되면 재시도하기 전에 일정 시간을 기다려야만 한다.

  세마포어는 이진수 (0 또는 1)를 사용하거나, 또는 추가적인 값을 가질 수도 있다. 세마포어를 사용하는 프로세스는 으레 그 값을 확인하고,

  자원을 사용하는 동안에는 그 값을 변경함으로써 다른 세마포어 사용자들이 기다리도록 해야한다.

- 프로세스 간 메시지를 전송하거나 혹은 공유 메모리를 통해서 특정 데이터를 공유하게 될 경우 발생하는 문제는 공유된 자원에 여러 프로세스가 접근하면서 발생하다. 하나의 프로세스만 접근을 가능하도록 해야할 때 세마포어를 사용한다. 

- 바이너리 세마포어랑 세마포어의 값이 0과 1만을 지니도록 구현된 세마포어를 말한다.

- 쓰레드에서는 뮤텍스, 프로세스에서는 세마포어

- 교착 상태

A 프로세스가 k 에 접근하고 나오면 k = 2 라는 값을 예상할수 있다.

A 프로세스가 k 에 접근했을때, B 프로세스가 k 에 접근을 하고 일을 하고 나오면, k = 2 가 되고,

A 프로세스가 그후로 일을 하면 k = 3 이 된다.

즉, 예상한 값을 얻을수 없다.

이를 방지 하기 위해,

A 프로세스가 접근 했을때 다른 프로세스의 접근을 막고,

끝난후 접근을 풀어 준다.

이를 세마포어로 접근을 막고 접근을 허용 할수 있다.   

- 차단을 원하는 자원에 대해서 semaphore를 생성하면 해당자원을 가리키는 semaphore 값이 할당 된다.

   이 값이 0 이면 해당자원에 접근할수 없고 0 보다 크면 해당자원에 접근할수 있다.

-  그러므로, 자원에 접근하기 전에 semaphore 값을 검사해서 값이 0이면 자원을 사용할수 있을때까지 기다리고,

   0보다 더 크면 자원에 접근해서 semaphore 값을 0 으로 감소 시켜서, 다른 프로세스가 자원에 접근 할수 없도록 하고

   자원의 사용이 끝나면 다시 semaphore 값을 증가 시켜 다른프로세스가 사용할수 있게 해준다.

참조 URL : http://blog.naver.com/tacma/20100065245

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뮤텍스(Mutex)란?

- MUTual EXclusion 으로 상호배제라고도 한다.

- Critical Section을 가진 스레드들의 Runnig Time이 서로 겹치지 않게 각각 단독으로 실행되게 하는 기술이다. 

- 다중 프로세스들의 공유 리소스에 대한 접근을 조율하기 위해 locking과 unlocking을 사용한다.

- 즉, 쉽게 말하면 뮤텍스 객체를 두 스레드가 동시에 사용할 수 없다는 의미이다.

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뮤텍스와 세마포어의 차이점

- 세마포어는 뮤텍스가 될 수 있지만 뮤텍스는 세마포어가 될 수 없다.

- 세마포어는 소유할 수 없는 반면 뮤텍스는 소유가 가능하며 소유주가 이에 대한 책임을 진다.

- 뮤텍스의 경우 뮤텍스를 소유하고 있는 쓰레드가 이 뮤텍스를 해제할 수 있다. 하지만 세마포어의 경우 이러한 세마포어를 소유하지 않는 스레드가 세마포어를 해제할 수 있다.

- 세마포어는 시스템 범위에 걸쳐있고 파일시스템상의 파일 형태로 존재한다. 반면 뮤텍스는 프로세스 범위를 가지며 프로세스가 종료될 때 자동으로 clean up된다.

★★★ 가장 큰 차이점은 관리하는 동기화 대상이 갯수이다.

뮤텍스는 동기화 대상이 오직 하나뿐일 때, 세마포어는 동기화 대상이 하나 이상일 때 사용한다. 

• 동기화

 - 리눅스 커널은 동기화와 독점적인 접근을 허용하기 위해 다양한 방법을 사용하고 있다.

 

- 여러 프로세스가 동일한 자원을 조작할 경우에 세마포어를 이용하는 것이 편리하다.

- 멀티 프로세서 환경에서 여러 CPU가 동시에 참조하는 테이블을 보호하기 위해서는 스핀락(spin lock)을 이용하는 것이 가장 일반적이다.