컴퓨터공학 공부 다시 시작하기 11주차 - 스레드 동기화(Synchronization) 이슈 이해, 컴퓨터 공학 지식 기반 동기화 원인 이해, 동기화 이슈 해결 코드 작성 방법 이해

1. 스레드 동기화(Synchronization) 이슈 이해

동기화 이슈란?

- 동기화: 작업들 사이의 실행 시기를 맞추는 것

- 여러 스레드가 동일한 자원(데이터)에 접근 및 수정 시 발생하며, 이는 각 스레드 결과에 영향을 줌

2. 컴퓨터 공학 지식 기반 동기화 원인 이해

출처: 온라인 강의

출처: 온라인 강의

3. 동기화 이슈 해결 코드 작성 방법 이해

동기화 이슈 해결 방안: Mutual exclusion(상호 배제)

- 스레드가 프로세스의 모든 데이터를 접근할 수 있다는 특성 때문

- 여러 스레드가 변경하는 공유 변수에 대해 Exclusive Access 필요

  => 즉, 어느 한 스레드가 공유 변수를 갱신하는 동안 다른 스레드가 접근하지 못하도록 막아야 함

- 임계 자원(critical resource), 임계 영역(critical section)

lock.acquire()           
    for i in range(100000):
        g_count += 1
    lock.release()

동기화 이슈 해결 방안: Semaphore(세마포어)

- 임계 구역에 대한 접근을 막기 위해 LOCKING 메커니즘이 필요
   -> Mutex(binary semaphore) : 임계구역에 하나의 스레드만 들어갈 수 있음
   => Semaphore : 임계구역에 여러 스레드가 들어갈 수 있음
        : counter를 두어서 동시에 리소스에 접근 할 수 있는 허용 가능한 스레드 수를 제어

Semaphore(세마포어)

• P: 검사 (임계영역에 들어갈 때)
  • S값이 1 이상이면, 임계 영역 진입 후, S값 1 차감 (S값이 0이면 대기)
• V: 증가 (임계영역에서 나올 때)
  • S값을 1 더하고, 임계 영역을 나옴
• S: 세마포어 값 (초기 값만큼 여러 프로세스가 동시 임계 영역 접근 가능)

P(S): wait(S) {
    	while S <= 0  // 대기
        	;
        S--;	// 다른 프로세스 접근 제한
      }

V(S): signal(S) {
        S++;	// 다른 프로세스 접근 허용
      }

• wakeup() 함수를 통해 대기큐에 있는 프로세스 재실행

signal(S) {
    S->count++;
    if (S->count <= 0) {
    	remove a process P from S->queue;
        wakeup(P)
    }
}

Semaphore(세마포어) - 바쁜 대기

• wait() 은 S가 0이라면, 임계영역에 들어가기 위해, 반복문 수행
  • 바쁜 대기: busy waiting

P(S): wait(S) {
    	while S <= 0 // 바쁜 대기
        	;
        S--;	// 다른 프로세스 접근 제한
      }

Semaphore(세마포어) - 대기큐

- 운영체제 기술로 보완

- S가 음수일 경우, 바쁜 대기 대신, 대기큐에 넣는다.

wait(S) {
    S->count--;
    if (S->count < 0) {
    	add this process to S->queue;
        block()
    }
}

참고: 주요 세마포어 함수 (POSIX 세마포어)

• sem_open(): 세마포어를 생성
• sem_wait(): 임계영역 접근 전, 세마포어를 잠그고, 세마포어가 잠겨있다면, 풀릴 때까지 대기
• sem_post(): 공유자원에 대한 접근이 끝났을 때 세마포어 잠금을 해제한다.