5. 병행 프로세스 (2)

생산자-소비자 문제

두 협력 프로세스 사이에 버퍼를 두고 생산자와 소비자의 상황을 다루는 문제

• 생산자: 데이터를 넣는 프로세스
• 소비자: 데이터를 꺼내는 프로세스

 

 

생산자-소비자 문제 조건

• 버퍼에 여러 프로세스가 동시에 접근할 수 없음
  버퍼에 데이터를 넣는 동안에는 데이터를 꺼낼 수 없음
  버퍼에서 데이터를 꺼내는 동안에는 데이터를 넣을 수 없음
  => 상호배제 필요
• 버퍼의 크기가 유한 (유한 버퍼 문제)
  버퍼가 가득 찬 경우 생산자는 대기해야 함
  버퍼가 빈 경우 소비자는 대기해야 함
  => 동기화 필요

 

세마포어를 이용한 해결

상호배제: 세마포어 mutex (초깃값 1)

 

 

버퍼가 가득 찬 경우 동기화: 세마포어 empty (초깃값 n)
n => 버퍼 크기

 

 

버퍼가 빈 경우 동기화: 세마포어 full (초깃값 0)

 

 

3개의 세마포어: mutex(1), empty(n), full(0)

 

 

 

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판독기-기록기 문제

여러 협력 프로세스 사이에 공유자원을 두고 판독기와 기록기의 상황을 다루는 문제

• 판독기: 데이터를 읽는 프로세스
• 기록기: 데이터를 쓰는 프로세스

 

 

판독기-기록기 문제 조건

• 하나의 기록기가 공유자원에 데이터를 쓰는 중에는 다른 기록기나 판독기가 공유자원에 접근할 수 없음
  공유자원에 데이터를 쓰는 동안에는 누구도 접근할 수 없음
  공유자원에서 데이터를 읽는 동안에는 데이터를 쓸 수 없음
  => 상호배제 필요
• 여러 판독기는 동시에 공유자원에서 데이터를 읽을 수 있음
  판독기가 읽는 중 새로운 판독기 읽기 시도 -> 가능
  판독기가 읽는 중 기록기 대기 -> 새로운 판독기 읽기 시도 -> 가능/불가능 (선택)

 

제1판독기-기록기 문제

• 우선순위: 판독기 > 기록기
  즉, 새로운 판독기는 즉시 공유자원에 접근 가능
• 문제점: 기록기의 기아상태 유발 가능

 

 

제2판독기-기록기 문제

• 우선순위: 기록기> 판독기
  즉, 대기중인 기록기가 있다면 새로운 판독기는 공유자원에 접근 불가능
• 문제점
  판독기의 병행성이 떨어짐
  판독기의 기아상태 유발 가능

 

 

 

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프로세스 간 통신 IPC

• 병행 프로세스가 데이터를 서로 공유하는 방법
  공유 메모리 방법
  메시지 전달 방법
• 하나의 운영 체제에서 두 방법 함께 사용 가능

 

 

공유 메모리 방법

• 협력 프로세스가 동일한 변수(공유자원인 메모리 공간 사용)를 사용
  ex) 생산자-소비자 문제의 유한 버퍼
  판독기-기록기 문제의 공유자원
• 대량 데이터 교환: 고속 통신 가능
• 통신상 발생 가능 문제 해결
  -> 응용 프로그래머가 해결해야 함

 

 

메시지 전달 방법

• 협력 프로세스가 메시지를 주고받음
  시스템 호출 send(), receive()
• 소량 데이터 교환에 적합 -> 인자로 데이터를 보내기 때문
• 통신상 발생 가능 문제 해결
  -> 운영체제

 

 

메시지 전달 방법의 논리적 구조

통신 링크: 메시지가 지나다니는 통로

 

 

통신 링크의 구현 형태

• 연결 대상: 두 프로세스, 셋 이상 프로세스
• 두 프로세스 사이 링크 개수: 하나, 둘 이상
• 방향성: 단방향, 양방향
• 용량: 무한, 유한, 0

 

통신 링크의 용량

• 무한: 송신자는 대기 없음

  

• 유한: 송신자는 큐가 가득 차면 대기

  

• 0: 송신자는 수신자가 메시지를 받을 수 있을 때까지 대기

 

 

직접 통신

두 프로세스가 직접 서로를 지정하여 메시지 전달

• 오직 하나의 통신 링크가 자동 설정
• 하나의 통신 링크는 오직 두 프로세스 사이에만 연관
• 통신 링크는 양방향
• 대칭형 주소 지정

  

• 비대칭형 주소 지정
  수신자가 여러 송신자와 통신 링크를 갖는 경우 사용

  

간접 통신

프로세스 사이에 둔 우편함을 통해 메시지 전달

• 같은 우편함을 이용하는 경우 통신 링크가 설정
• 여러 우편함을 이용하면 여러 개의 통신 링크 존재
• 하나의 통신 링크가 여러 프로세스와 연관 가능
• 통신 링크는 단방향 또는 양방향

1. 우편함이 수신 프로세스에  소속
   수신자 하나
   통신 링크는 단방향
   수신 프로세스가 종료하면 우편함도 사라짐

   

2. 우편함이 운영체제에 소속
   수신자 여럿
   한순간에 하나의 수신자만 가능
   운영체제가 수신자 관리
   통신 링크는 양방향

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

자료 출처: 방통대 운영체제 강의 자료