병행 프로세스 I

병행 프로세스의 개요

병행성(concurrency)

• 여러 개의 프로세스 또는 쓰레드가 동시 수행되는 시스템의 특성

병행 프로세스

• 동시 수행되는 여러 개의 프로세스 또는 쓰레드

병행 프로세스의 실행 형태

• 1개의 CPU: 인터리빙 형식
• 여러개의 CPU: 병렬처리 형식

멀티프로세서 시스템에서의 메모리 구조에 따라

• 강결합 시스템(공유 메모리 구조)
• 약결합 시스템(분산 메모리 구조)

프로세스 간의 관계

• 독립 프로세스
  • 수행 중인 다른 프로세스에 영향을 주지도 받지도 않음
  • 데이터 및 상태를 다른 프로세스와 공유하지 않음
  • 프로세스의 실행
    • 결정적: 실행결과는 입력에 의해서만 결정됨
    • 재생 가능: 같은 입력에 대해 항상 동일한 실행결과
• 협력 프로세스
  • 수행 중인 다른 프로세스와 영향을 주고 받음
  • 데이터 및 상태를 다른 프로세스와 공유
  • 프로세스의 실행
    • 비결정적: 실행결과는 실행순서에 좌우됨
    • 재생 불가능: 같은 입력에 대해 항상 동일한 실행결과를 보장하지 않음

병행성 문제

• 상호배제: 2개 이상의 프로세스가 동시에 임계영역을 수행하지 못하도록 하는 것

  임계영역: 2개 이상의 프로세스가 동시에 사용하면 안되는 공유자원을 액세스하는 프로그램 코드 영역

• 동기화
  • 2개 이상의 프로세스에 대한 처리순서를 결정하는 것(프로세스 동기화)
  • 상호배제: 임계영역에 대한 동기화 문제
• 통신
  • 프로세스들이 데이터를 공유하기 위해 반드시 필요
    • 프로세스 간 통신(IPC)
  • 통신 방법
    • 하나의 변수 사용
    • 메세지를 서로 주고 받음

세마포어

• 상호배제와 동기화 문제를 해결하기 위한 도구
• Dijkstra가 제안
• 정수형 공용변수
  • 저장값: 사용 가능한 자원의 수 또는 잠김이나 풀림의 상
• 상황에 맞춰 0이상인 정수로 초기화
• 두 기본연산 p와 v에 의해서만 사용됨
  • 기본연산: 인터럽트되지 않고 하나의 단위로 처리됨 (중간에 끊기지 않음)
• 연산 p: 검사, 감소시키려는 시도

  void P(semaphore s)
  {
  if (s > 0)
    s--;
  else
    현재 프로세스를 대기시킴;
  }
  

• 연산 v: 증가

  void V(semaphore s)
  {
  if (대기 중인 프로세스 없음)
    s++;
  else
    대기 중인 프로세스 1개 진행;
  }
  

• 세마포어마다 대기 큐 필요

상호배제 해결

• 상호배제를 위한 일반적인 요구사항
  • 한 프로세스가 임계영역 수행 중
    • 다른 프로세스는 임계영역에 진입해서는 안 됨
  • 임계영역 수행 중이던 프로세스가 임계영역 벗어남
    • 누군가 하나는 임계영역을 새로이 수행할 수 있어야 함
  • 임계영역 진입 못하고 대기하는 프로세스
    • 적절한 시간 내에 임계영역 수행을 시작할 수 있어야 함
• 세마포어 이용
  • 세마포어 mutex 초깃값은 1
  • 진입영역: P(mutex)
  • 해제영역: V(mutex)
  • 대기 큐는 FIFO로 동작

동기화 해결