[운영체제]뮤텍스(mutex), 세마포어(semaphore), 모니터(Monitor)

임계 영역 (critical section) 이란?

• 둘 이상의 프로세스, 스레드가 공유 자원에 접근할 때 순서 등의 이유로 결과가 달라지는 코드 영역
• 해결 할 수 있는 조건
  • 상호 배제 : 한 프로세스가 임계 영역에 들어갔을 때 다른 프로세스는 들어갈 수 없음
  • 한정 대기 : 특정 프로세스가 영원히 임계영역에 들어가지 못하면 안 됨
  • 융통성 : 한 프로세스가 다른 프로세스의 일을 방해해선 안됨
• 임계 영역 해결방법: 뮤텍스(mutex), 세마포어(semaphore), 모니터(Monitor)

뮤텍스

• 프로세스가 스레드나 공유자원을 lock()을 통해 잠금 설정하고 사용 후에는 unlock()을 통해 잠금해제하는 객체
• 잠금 설정되면 다른 프로세스나 스레드는 잠긴 코드 영역에 접근할 수 없고, 해제는 반대로 접근 가능함
• 잠금과 잠금 해제의 상태만 가짐
• 잠금을 기반으로 상호 배제가 일어나는 잠금 매커니즘

 

세마포어

• 일반화된 뮤텍스
• 간단한 정수값과 두 가지 함수(wait, signal)로 공유 자원에 대한 접근 처리
  • wait() : 자신의 차례가 올 때 까지 기다리는 함수
  • signal() : 다음 프로세스로 순서를 넘겨주는 함수
• 프로세스/스레드가 공유자원에 접근하면 세마포어에서 wait() 작업을 수행함
• 프로세스/스레드가 공유자원에서 해제되면 세마포어에서 signal() 작업을 수행함
• 세마포어에는 조건 변수가 없음. 프로세스 / 스레드가 세마포어 값을 수정하면 다른 프로세스 / 스레드는 동시에 세마포어 값을 수정할 수 없음
• 신호를 기반으로 상호배제가 일어나는 신호 메커니즘으로 상호배제를 명시적으로 구현해야 함
  • 바이너리 세마포어  : 0과 1 두 값만 가지 수 있음
  • 카운팅 세마포어 : 여러 개의 값을 가질 수 있는 세마포어로 여러 자원에 대한 접근을 제어하는 데 사용

뮤텍스 VS 세마포어
뮤텍스 : 잠금을 기반으로 상호배제가 일어나는  잠금 매커니즘
세마포어 : 신호을 기반으로 상호배제가 일어나는  신호 매커니즘

모니터

• 둘 이상의 스레드나 프로세스가 공유자원에 안전하게 접근할 수 있도록 공유자원을 숨기고 해당 접근에 대해 인터페이스만 제공
• 모니터 큐를 통해 공유 자원에 대한 작업을 순차적으로 처리
• 세마포어보다 구현하기 쉽고 상호배제는 자동적으로 이뤄짐

모니터 VS 세마포어
모니터 : 자동 상호배제
세마포어 : 명시적으로 구현하는 상호배제

 

참고: 면접을 위한 CS 전공지식 노트