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뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)의 차이 본문

Computer science/Operation System(운영체제)

뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)의 차이

annual 2019. 1. 6. 11:02

 

이 글은 Medium에 개시된 글입니다. Medium에서 보시면 좀 더 유쾌한 환경에서 글을 보실 수 있습니다.

뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)의 차이

Toilet problem

동시성 프로그래밍의 가장 큰 숙제는 ‘공유자원 관리’일 것이다. 공유자원을 안전하게 관리하기 위해서는 상호배제(Mutual exclusion)를 달성하는 기법이 필요하다.

뮤텍스와 세마포어는 이를 위해 고안된 기법으로 서로 다른 방식으로 상호배제를 달성한다. 오늘은 이 둘의 차이를 알아보자.

Mutex

뮤텍스는 화장실이 하나 뿐이 없는 식당과 비슷하다. 화장실을 가기 위해서는 카운터에서 열쇠를 받아 가야 한다.

당신이 화장실을 가려고 하는데 카운터에 키가 있으면 화장실에 사람이 없다는 뜻이고 당신은 그 열쇠를 이용해 화장실에 들어갈 수 있다.

당신이 화장실에서 행복한 시간을 보내고 있는데 다른 테이블에 있는 어떤 남자가 화장실에 가고 싶어졌다. 이 남자는 아무리 용무가 급하더라도 열쇠가 없기 때문에 화장실에 들어갈 수 없다. 결국 남자는 당신이 용무를 마친 후 나올 때까지 카운터에서 기다려야 한다.

곧이어 옆 테이블에 있는 남자도 화장실에 가고 싶어졌고 이 남자 또한 화장실에 들어가기 위해서는 카운터에서 대기해야한다.

이제 당신이 화장실에서 나와 카운터에 키를 돌려놓았다. 이제 기다리던 사람들 중 맨 앞에있던 사람은 키를 받을 수 있고 이를 이용해 화장실에 갈 수 있다.

이것이 뮤텍스가 동작하는 방식이다. 화장실을 이용하는 사람은 프로세스 혹은 쓰레드이며 화장실은 공유자원, 화장실 키는 공유자원에 접근하기 위해 필요한 어떤 오브젝트이다.

즉 뮤텍스는 Key 에 해당하는 어떤 오브젝트가 있으며 이 오브젝트를 소유한 (쓰레드,프로세스) 만이 공유자원에 접근할 수 있다.

Semaphore

세마포어는 손님이 화장실을 좀 더 쉽게 이용할 수 있는 레스토랑이다. 세마포어를 이용하는 레스토랑의 화장실에는 여러 개의 칸이 있다. 그리고 화장실 입구에는 현재 화장실의 빈 칸 개수를 보여주는 전광판이 있다.

만약 당신이 화장실에 가고 싶다면 입구에서 빈 칸의 개수를 확인하고 빈 칸이 1개 이상이라면 빈칸의 개수를 하나 뺀 다음에 화장실로 입장해야 한다. 그리고 나올 때 빈 칸의 개수를 하나 더해준다.

모든 칸에 사람이 들어갔을 경우 빈 칸의 개수는 0이 되며 이때 화장실에 들어가고자 하는 사람이 있다면 빈 칸의 개수가 1로 바뀔 때까지 기다려야 한다.

사람들은 나오면서 빈 칸의 개수를 1씩 더한다. 그리고 기다리던 사람은 이 숫자에서 다시 1을 뺀 다음 화장실로 돌진한다.

이처럼 세마포어는 공통으로 관리하는 하나의 값을 이용해 상호배제를 달성한다.

세마포어도 아까와 똑같이 화장실이 공유자원이며 사람들이 쓰레드, 프로세스이다. 그리고 화장실 빈칸의 개수는 현재 공유자원에 접근할 수 있는 쓰레드,프로세스의 개수를 나타낸다.


정리를 해보자.

뮤텍스: 한 쓰레드, 프로세스에 의해 소유될 수 있는 Key🔑를 기반으로 한 상호배제기법

세마포어: Signaling mechanism. 현재 공유자원에 접근할 수 있는 쓰레드, 프로세스의 수를 나타내는 값을 두어 상호배제를 달성하는 기법

두 기법 모두 완벽한 기법은 아니다. 이 기법들을 쓰더라도 데이터 무결성을 보장할 수 없으며 데드락이 발생할 수도 있다. 하지만 상호배제를 위한 기본적인 기법이며 여기에 좀 더 복잡한 매커니즘을 적용해 꽤나 우아하게 동작하는 프로그램을 짤 수 있다.

 

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