오늘의 주제는~
Synchronization의 고전적 문제
1. Bounded-Buffer Problem
오류 발생 환경
버퍼가 유한한 환경에서 발생하는 문제
오류 1. 생산자-소비자 문제(Producer-Consumer Problem)
오류 내용
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생산자, 소비자 두 종류의 여러 프로세스들이 존재
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생산자가 공유 버퍼에 데이터를 하나 만들어 집어넣음
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이 때, 두 가지 오류 발생 가능
1) 생산자 문제 01: 비어있는 버퍼에 두 개 이상의 생산자가 동시에 데이터를 넣을 경우 오류 발생
2) 소비자 문제 01: 두 개 이상의 소비자가 데이터를 꺼내올 때 오류 발생
👉 1), 2) 해결 방법: Lock을 걸기3) 생산자 문제 02: 버퍼가 가득 찼는데 생산자가 데이터를 넣고자 할 경우 오류 발생
👉 소비자 프로세스가 데이터를 가져가 빈 버퍼가 생길때까지 대기
4) 소비자 문제 02: 버퍼가 비어있는데 데이터를 얻고자 할 경우 오류 발생
👉 생산자 프로세스가 데이터를 넣어줄 때까지 대기
오류 2. Readers-Writers Problem
오류 내용
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readers와 writers라는 두 종류의 프로세스 존재, 공유데이터는 DB
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한 프로세스가 DB에 데이터를 쓰고(write) 있을 때 다른 프로세스 접근 시 오류
✋but, 읽기(reader)는 동시에 여럿이 읽어도 됨 -
해결 방법
:프로세스가 writer일 때 👉 아무도 접근하지 못하게 lock을 걸어줌
프로세스가 reader일 때 👉 write에게만 lock을 걸기, 여러명의 reader가 와도 되기 때문에 reader에 대해서는 lock을 걸지 않는 것이 효율적
오류 3. Dining-Philosophers Problem
배경상황
- 위 사진과 같은 원탁에 다섯명의 철학자가 앉아있다.
- 철학자는 생각하기 또는 밥먹기의 두 가지 일만 수행할 수 있다.
- 밥을 먹을 때는 자신의 왼쪽, 오른쪽에 놓인 젓가락 중 하나만 사용할 수 있다.
- 밥을 다 먹으면 젓가락을 내려놓고 다시 생각한다.
따라서, 공유자원은 '젓가락'이다.
이 상황에서는 deadlock(교착상태) 문제가 발생할 가능성이 있다.
📍 deadlock: 모든 철학자가 동시에 배가고파져 왼쪽 젓가락을 집으면 오른쪽 젓가락을 잡을 수가 없어진다.
👉 해결방안
- 4명의 철학자만 앉을 수 있게 한다
- 젓가락을 모두 잡을 수 있을 때에만 젓가락을 잡을 기회를 부여한다.
- 짝수 자리에 앉으면 왼쪽 젓가락을, 홀수 자리에 앉으면 오른쪽 젓가락을 잡을 수 있도록 한다.
이전 시간에 이렇게 공유자원을 관리하는 방법론을 Semaphore라고 했다.
이 방법에도 문제점이 발생할 수 있다.
Semaphore의 문제점
- 코딩이 힘들다.
- 정확성의 입증이 어렵다.
- 한번의 실수가 모든 시스템에 치명적인 영향을 미친다.
해결책, monitor
그 해결 방안으로 monitor가 등장하였다.
특징
- 모니터 내에서는 한번에 하나의 프로세스만 활동 가능하다.
- 프로그래머가 동기화 제약 조건을 명시적으로 코딩할 필요가 없다.
semaphore vs monitor
semaphore
세마포어는 생산자가 버퍼에 데이터를 넣기 위해 버퍼 전체에 lock을 걸어 다른 생산자의 접근을 막는다. 그 후 과정이 끝나면 lock을 풀어주는 방식으로 작동된다.
monitor
한번에 하나밖에 활동하지 못하는 모니터의 특징 덕분에, 굳이 lock을 걸거나 푸는 코드가 필요하지 않다. 예를 들어 생산자가 버퍼에 들어가있다면 다른 생산자는 대기열에 들어가 sleep 상태로 있으면 된다.
리뷰
💡 프로세스 동기화를 쉽게 말하면 프로세스가 동시에 실행되면서 발생하는 문제를 해결하는 것이다.
따라서, 이를 병행 제어(Concurrency Control)라고도 할 수 있다. 동기화 시 문제가 생기지 않도록 제어하는 역할을 하기 때문이다. 6-1장에서 그 문제를 다루었다.
6-2장에서는 동기화 문제 해결을 위한 수단으로 세마포어를 배웠다.
이를 통해 변수 할당과 반납이 이루어지며 제어된다.
그 다음, 6-3장에서는 고전적 문제에 대해 세마포어를 활용한 해결방법을 배웠다.
