Winwoo's Story

Semaphore and Monitor

• Semaphore의 문제점 보완
  - 함수명으로 Semaphore의 사용을 구분한다.
  

  

  
  

• Mutex (Mutual exclusion)
  - Mutual exclusion을 구현하기 위해 사용하는 Sleeping Lock
  - 동일한 Mutex를 사용할 때 Mutex_lock()을 호출한 Process와 Mutex_unlock()을 호출한 Process가 일치해야 된다.
  
  

• Semaphore의 구현
  - 기본적으로 C 구조체 이다.
  

  

  
  

• P함수 / V함수 구현
  - Interrupt disable을 사용해야 안전성이 보장된다.
  - 짧은 시간이기 때문에 Interrupt disable을 사용해도 문제가 없다.
  - Cnt = Semaphore
  - Cnt가 0이상일 경우 : 남아있는 열쇠(자원)의 개수
  - Cnt가 0이하일 경우 : 절대값이 Queue에서 대기중인 Process의 개수
  - 기본적으로 Single Processor용 Mechanism
  

  

  
  

• Multi Processor Semaphore Mechanism
  - Atomic OS 필요 : 글로벌 자원를 읽고, 쓰는 등 전체의 과정을 쪼갤 수 없는 기본 단위로 만듦
  - Bus를 장악하여 한 Processor가 자원을 사용하고 있을 경우 다른 Processor의 Bus Transaction을 차단
  
  

• TAS (Test And Set) Instruction
  - 대표적인 Multi Processor Semaphore Mechanism
  - 메모리의 Boolean 변수를 읽어서 확인 후 값을 1로 쓰는 작업을 Atomic하게 수행
  - Busy waiting이란 단점이 있다.
      *Busy Waiting(Spining) : 특정 조건의 만족 여보를 루프를 돌면서 반복하여 확인하는 기법
  
  

• Monitor
  - P나 V를 빼먹어서 생기는 오류를 최대한 줄이기 위해 사용
  - Java에서 Synchronized Class가 예
  

  

  
  

• Monitor API
  - condition 변수 : 어떤 조건이 충족되기를 기다리고 있는 Process들의 Waiting Queue
  - Monitor는 한번에 하나의 Process만 내부의 Method를 수행할 수 있도록 허용하기 때문에 Monitor 내부의 변수들을 따로 보호하지 않는다.
  

  

  
  
  

• Hoare Style Monitor(Signal-and-Urgent-wait monitor)
  - waitQueue에서 깨어난 Process가 바로 monitor내부로 진입하는 방식의 Monitor
      *Signaler Queue : Signal을 보낸 Process가 Monitor밖에서 대기하기 위한 Queue
  
  

• Brinch-Hansen Style Monitor
  - Wait Queue에 Signal을 보낸 Process가 수행을 계속하는 방식의 Monitor
  
  

• Monitor Implementation
  

  

  
  

Process Synchronization

• Synchronization
  - Proecess간에 Interrupt -> Resource Share
  
  

• Reentrant code(재진입가능 코드)
  - 여러 Process들에 의해 동시에 호출되거나, 이전 호출이 완료되기 전에 반복 호출되어도 올바르게 수행 되는 코드
  
  

• Race Condition(경합 조건)
  - Synchronization의 문제로 여러 Process들이 동기화 절차를 거치지 않고 동시에 자원을 사용하기 위해 경쟁하므로써 그 수행결과를 예측할 수 없게 되는 상황
  
  

• Critical Section
  - 하나의 Process가 자원을 독차지 하고 모든 작업을 수행시키는 공간
  - Mutual exclusion : 한 Process 외의 다른 Process는 배제 시킨다.
  - 여러개 Process가 진입 요청시 그중 하나의 Process만 허용한다.
  
  

• Semaphore (중요)
  

  

  
  - Synchronization을 제공해 주는 정수형 변수
  - 초기값은 1로 초기화 한다.
  - Mutual exclusion 제공
  - Scheduling 제공된다.
  

  

  (semaphore Scheduling)
  
  

• Binary Semaphore
  - 0 또는 1의 2가지 상황만 있는 경우
  
  

• Counting Semaphore
  - 0과 1외 또다른 2가지 이상의 상황이 있는 경우
  
  

• Producer / consumer
  - Producer : Data 생성 -> 버퍼에 넣는 행위
  - consumer : Data 사용 -> 버퍼에서 읽는 행위

  

  
  
  

• Producer / Consumer에 Semaphore적용
  - Producer가 Consumer보다 빠를 경우 Producer는 대기현상이 발생
  - Consumer가 Producer보다 빠를 경우 Consumer행위는 대기현상이 발생
  -> 두 현상 모드 Semaphore를 사용하여 해결
  

  

  
  

• Interrupt Disable을 사용한 Synchronization의 문제
  - Interrupt Disable은 시스템 전체에 영향을 미치기 때문에 상관없는 Process의 수행도 방해하게 됨
  
  

• Semaphore의 단점
  - Unstructured Programming construct이기 떄문에 컴파일러등의 도구를 사용한 디버깅이 어렵다.