- 정리의 기반은 학교 강의 노트와 [Operating System Concepts]를 참고하였습니다.

22-1학기 운영체제를 들으면서 중간고사에 대비하면서 정리해놓은 개념들입니다…ㅎ 다른 핵심 내용이나 기본이라고 생각되는 내용들은 제외하고 제가 시험에서 중요하다고 생각하는 것들만 중구난방으로 정리되어있습니다.

Critical section

둘 이상의 스레드가 동시에 접근해서는 안 되는 공유 자원에 접근하는 코드의 일부

Spinlock

software lock
context switch
계속 기다림
busy waiting = 무한 루프를 돌면서 다른 스레드에게 CPU를 안내어 주는 것
lock과 unlock 과정이 짧아서 락하는 경우가 드물 때 사용
싱글 코어에서는 무의미함(락을 풀려면 context switch가 어차피 일어나기 때문에 cpu를 낭비할 수 있다.)
Spinlock으론 Synchronization 문제를 해결하기엔 부족하므로 High-level Synchronizaion이 필요하다 -> Semaphores, Mutexes
High-level Synchronization : 하드 웨어 기반 해결책은 프로그래머가 사용할 수 없으므로 상위 수준의 소프트웨어 도구 존재

Peterson’s Solution

증명 조건

1. 상호 배제

* 프로세스 P(i)가 반드시 flag[j] == false 이거나, turn == i 라면 1 번은 항상 만족하게 된다.
* 만약 flag[0], flag[1]이 모두 true라고 하더라도, turn 값에 따라 임계 구역에 한 프로세스만 진입 가능하므로 위 코드의 while문을 두 프로세스가 모두 통과할 수 없다.
* 또한 정해진 프로세스가 임계 구역에 있을 동안 flag과 turn 값이 변경되지 않으므로, 상호 배제 조건은 지켜진다.

2. 진행에 대한 요구 조건을 만족한다는 사실(progress)

3. 대기 시간이 한없이 길어지지 않는다는 사실(bounded waiting)

2, 3번은 동시에 증명 가능
이 방법은 최신 컴퓨터 아키텍처에서 작동한다고 보장되지 않는다.

Semaphores

1. 가용한 자원의 개수로 초기화 2. wait() 연산 수행, 세마포어의 값 감소 3. 자원 방출, signal() 연산 수행, 세마포어 값 증가

if 세마포어 값 == 0, 모든 자원 사용중
wait() :
- busy-waiting 대신 프로세스가 자신을 일시 중지
- value가 0보다 작으면, 모든 자원이 사용중이기 때문에 sleep모드로 들어감
sleep() : sleep()모드인 프로세스는 다른 프로세스가 signal 연산을 실행하면 재시작(wait 큐 -> ready 큐)
value값이 음수 = 대기흐고 있는 프로세스들의 수

Mutexes(Binary Semaphores라고도 불린다.)

1. 임계 구역 진입 전 락 획득
2. 탈출할 때 락 반환

acuire()이 락 획득
realse()가 락 반환
available이라는 boolean 변수 : lock 가용 여부

Bounded-buffer 문제

생성자 프로세스가 버퍼 중 빈 곳에 데이터를 쓸 때 인터럽트가 발생하면 다른 프로세스에게 공유 자원이 넘어가고, 그러면 이 두 프로세서 중 하나 이상은 데이터가 유실될 수 있다.

공유 버퍼에 락을 걸고, 데이터를 넣은 후 비어있는 위치를 바꾸고 락 해제

소비자 프로세스에서도 어떤 프로세스가 데이터를 꺼낼 때 인터럽트가 발생하여 공유 자원이 다른 프로세스에 넘어가게 되면 두 프로세스가 하나의 데이터를 가져간다.

공유 버퍼에 락 걸고, 데이터를 꺼낸 후 내용이 있는 버퍼 위치를 찾아 이동 후 락 해제

Reader-Writer 문제

데이터베이스에서 Writer가 임계 구역에 있을 때 Reader가 와서 데이터를 꺼내가거나 다른 Writer가 있으면, 데이터가 이상해진다. Read는 다수여도 되지만, Writer는 한명이 접근하면 그 외에는 접근 불가로 만들어야 한다.

운영체제 - Synchronization