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[운영체제] 5. 병행 프로세스 (2)

Created
2023/04/16 14:32
Tags
CS
Operation System
Last edited time
2023/06/15 09:36
Status
Done
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[운영체제] 14. 운영체제 보안
CS
Operation System
2023/06/07 12:24
[운영체제] 14. 운영체제 보안
CS
Operation System
2023/06/07 12:24

1. 생산자-소비자 문제

1.1. 문제 정의

두 협력 프로세스 사이에 버퍼를 두고 생산자와 소비자의 상황을 다루는 문제
생산자
데이터를 넣는 프로세스
소비자
데이터를 꺼내는 프로세스

1.2. 문제 조건

버퍼의 여러 프로세스가 동시에 접근할 수 없음
버퍼에 데이터를 넣는 동안에는 데이터를 꺼낼 수 없음
버퍼에서 데이터를 꺼내는 동안에는 데이터를 넣을 수 없음
상호 배제 필요
버퍼의 크기가 유한 (유한 버퍼 문제)
버퍼가 가득 찬 경우, 생산자는 대기해야 함
버퍼가 빈 경우, 소비자는 대기해야 함
동기화 필요
초기값
상호배제: 세마포어 mutex 초기값 1

1.3. 세마포어를 이용한 해결 (1) - 버퍼가 가득찬 경우 동기화

세마포어 empty (초기값 n)
n: 버퍼 크기
버퍼에 빈칸이 몇개나 있는지를 나타냄
생산자 코드
데이터를 넣을 수 있는지 체크. 넣을 수 없다면 대기

1.4. 세마포어를 이용한 해결 (2) - 버퍼가 빈 경우 동기화

세마포어 full (초기값 0)
가득찬 것이 몇개나 있는지?
생산자 코드
데이터를 넣을 수 있는지 체크. 넣을 수 없다면 대기

1.5. 세마포어를 이용한 해결 (3) - 최종

3개의 세마포어
mutex (초기값 1)
empty (초기값 n)
full (초기값 0)

2. 판독기-기록기 문제

2.1. 문제 정의

여러 협력 프로세스 사이에 공유자원을 두고 판독기와 기록기의 상황을 다루는 문제
판독기
데이터를 읽는 프로세스
기록기
데이터를 쓰는 프로세스

2.2. 문제 조건

하나의 기록기가 공유자원에 데이터를 쓰는 중에는 다른 기록기나 판독기는 공유자원에 접근할 수 없음
공유자원에 데이터를 쓰는 동안에는 누구도 접근할 수 없음
공유자원에서 데이터를 읽는 동안에는 데이터를 쓸 수 없음
상호 배제 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

2.3. 제1판독기-기록기 문제 (판독기 우선 문제)

판독기가 공유자원에 접근 중이라면 기록기보다 판독기에 우선순위를 문제
즉 새로운 판독기는 즉시 공유자원에 접근 가능
문제점
기록기의 기아상태 유발 가능

2.4. 세마포어를 이용한 해결 (1) - 판독기 우선 문제

일반 변수
rcount (초기값 0)
세마포어
wrt (초기값 1)
mutex (초기값 1)
기록기 코드가 공유자원에 쓰는 도중에, 판독기 읽기가 동시에 2개가 들어가는 경우, rcount가 바로 2가 되어 공유자원 읽기가 실행될 수 있음. 따라서 rount 증감과 조건 검사에 mutex가 또 필요함

2.5. 제2판독기-기록기 문제 (기록기 우선 문제)

판독기가 공유자원에 접근 중이라면 기록기에 우선 순위를 줌
즉 대기중인 기록기가 있다면 새로운 판독기는 공유자원에 접근 불가능
문제점
판독기의 병행성이 떨어짐
판독기의 기아상태 유발 가능성

2.6. 세마포어를 이용한 해결 (2) - 기록기 우선 문제

일반 변수
wcount (초기값 0)
세마포어
rd (초기값 1)
wrt (초기값 1)
mutex1 (초기값 1)
mutex2 (초기값 1)
mutex3 (초기값 1)

3. 프로세스 간 통신

3.1. 프로세스간 통신 (IPC)

InterProcess Communication
병행 프로세스가 데이터를 서로 공유하는 방법
공유 메모리 방법
메세지 전달 방법
하나의 운영체제에서 두 방법 함께 사용 가능

3.2. 공유 메모리 방법

협력 프로세스가 동일한 변수를 사용
동일한 변수: 공유자원 메모리 공간 사용
대량 데이터 교환 → 고속 통신 가능
통신상 발생 가능 문제 해결 주체
응용 프로그래머
예시)
생산자-소비자 문제의 유한 버퍼
판독기-기록기 문제의 공유 자원
전역변수나 heap 메모리 영역

3.3. 메세지 전달 방법

협력 프로세스가 메시지를 주고 받음
시스템 호출
send()
receive()
소량 데이터 교환에 적합
통신상 발생 가능 문제 해결 주체
운영 체제

3.4. 메세지 전달 방법의 논리적 구조

통신 링크
메세지가 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

3.5. 통신 링크의 용량

무한
큐 크기 무한
송신자는 대기 없음
유한
큐 크기 n
송신자는 큐가 가득차면 대기
0
큐가 없음
송신자는 수신자가 메세지를 받을 수있을 때 까지 대기

3.6. 직접 통신

두 프로세스가 직접 서로를 지정하여 메세지 전달
오직 하나의 통신 링크가 자동 설정
하나의 통신 링크는 오직 두 프로세스 사이에만 연관
통신 링크는 양방향
대칭형 주소 지정
받는 프로세스 주소 지정
비대칭형 주소 지정
수신자가 여러 송신자와 통신 링크를 갖는 경우 사용
받는 프로세스의 변수 선언

3.7. 간접 통신

프로세스 사이에 둔 우편함을 통해 메세지 전달
같은 우편함을 이용하는 경우 통신 링크 설정
여러 우편함을 이용하면 여러개의 통신 링크 존재
하나의 통신 링크가 여러 프로세스와 연관 가능
통신 링크는 단방향 또는 양방향
우편함이 수신 프로세스에 소속
수신자 하나
통신 링크는 단방향
수신 프로세스가 종료하면 우편함도 사라짐
우편함이 운영체제에 소속
수신자가 여럿
한순간에 하나의 수신자만 가능
운영체제가 수신자 관리
통신 링크는 양방향