정보처리산업기사 - 응용 SW 기초 기술 활용 - 병행 프로세스와 상호 배제

※ 공부 내용의 복습 개념으로 정리된 글입니다. - 출처 시나공

 

병행 프로세스

병행 프로세스(Concurrent Process)는 두 개 이상의 프로세스들이 동시에 존재하며 실행 상태에 있는 것을 의미합니다.

 

한정된 컴퓨터 하드웨어나 자원을 공유하고, 동시에 작업을 수행하기 위해 사용하는 개념입니다.

 

임계 구역

임계 구역(Critical Section)은 다중 프로그래밍 운영체제에서 여러 개의 프로세스가 공유하는 데이터 및 자원에 대하여 어느 한 시점에서는 하나의 프로세스만 자원 또는 데이터를 사용하도록 지정된 공유 자원(영역)을 의미합니다.

• 임계 구역에서는 하나의 프로세스만 접근할 수 있으며, 해당 프로세스가 자원을 반납 후에만 다른 프로세스가 자원이나 데이터를 사용할 수 있습니다.
• 임계 구역의 문제를 해결하기 위해서는 상호 배제(Mutual Exclusion), 진행(Process), 한계 대기(Bounded Waiting)라는 3가지 조건을 충족해야 합니다.

 

동기화 기법

동기화 기법(Synchronization)은 두 개 이상의 프로세스를 한 시점에서는 동시에 처리할 수 없으므로 각 프로세스에 대한 처리 순서를 결정하는 것으로, 상호 배제의 한 형태입니다.

• 세마포어(Semaphore)
  • '신호기', '깃발'을 뜻하며, 각 프로세스에 제어 신호를 전달하여 순서대로 작업을 수행하도록 하는 기법입니다.
  • 세마포어는 다익스트라(E. J. Dijkstra)가 제안하였으며, P와 V라는 두 개의 연산에 의해서 동기화를 유지시키고 상호 배제의 원리를 보장합니다.
• 모니터 (Monitor)
  • 모니터는 동기화를 구현하기 위한 특수 프로그램 기법으로 특정 공유 자원을 프로세스에게 할당하는 데 필요한 데이터와 이 데이터를 처리하는 프로시저로 구성된다.
  • 자료 추상화와 정보 음폐 개념을 기초로 하며 공유 자원을 할당하기 위한 병행성 구조로 이루어져 있다.
  • 모니터의 경계에서 상호 배제가 시행된다.
  • 모니터에는 한순간에 하나의 프로세스만 진입하여 자원을 사용할 수 있다.

 

 

교착상태의 개요

• 교착상태(Dead Lock)는 상호 배제에 의해 나타나는 문제점으로, 둘 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 현상을 말합니다.
• 아래 그림과 같이 자동차(프로세스)들이 현재 위차한 길(자원)을 점유한과 동시에 다른 차가 사용하는 길을 사용할려고 대기하고 있지만 다른 길을 사용할 수 없으며 현재 길에서도 벗어나지 못하는 상태

 

 

※ 교착상태와 무한 연기

교착상태와 무한 연기는 무한정 기다리는 현상입니다. 하지만 전혀 가능성이 없는 상태에서 기다리는 교착상태와 달리, 무한 연기는 그래도 가능성이 있는 상태에서 기다리는 것을 의미합니다.

 

교착상태 발생의 필요 충분 조건

교착상태 발생하기 위해서는 다음 4가지 조건이 충족되어야 하는데,

이 4가지 중 하나라도 충족되지 않으면 교착상태가 발생하지 않습니다.

상호 배제(Mutual Exclusion)	한 번에 한 개의 프로세스만이 공유 자원을 사용할 수 있어야 합니다.
점유와 대기(Hold and Wait)	최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 있어야 합니다.
비선점(Non-preemption)	다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없어야 한다.
환형 대기(Ciroular Wait)	공유 자원과 공유 자원을 사용하기 위해 대기하는 프로세스들이 원형으로 구성되어 있어 자신에게 할당된 자원을 점유하면서 앞이나 뒤에 있는 프로세스의 자원을 요구합니다.