Semaphore와 Mutex

Semaphore와 Mutex

프로세스 간 메시지를 전송하거나, 공유 메모리를 통해 특정 데이터를 공유하게 되는 경우, 문제가 발생할 수 있다. 그래서 공유된 자원에 여러 개의 프로세스가 동시에 접근하면서 문제가 발생하기 때문에 공유된 자원 속 하나의 데이터는 한번에 하나의 프로세스만 접근할 수 있도록 제한해두어야 하기 때문에, Semaphore 가 고안되었다.

• Semaphore : 공유된 자원의 데이터를 여러 프로세스가 접근하는 것을 막는 것
• Mutex : 공유된 자원의 데이터를 여러 쓰레드가 접근하는 것을 막는 것

Critical Section

OS에서 Critical Section은 아주 중요한 부분이다.

• 다중 프로그래밍 운영체제에서 여러 프로세스가 데이터를 공유하면서 수행될 때, 각 프로세스에서 공유 데이터를 액세스하는 프로그램 코드 부분 을 가리킨다.
  
• 공유 데이터를 여러 프로세스가 동시에 액세스하면 시간적인 차이 때문에 잘못된 결과를 만들어 낼 수 있기 때문에, 한 프로세스가 위험 부분을 수행하고 있을 때, 즉 공유 데이터를 액세스하고 있을 때는 다른 프로세스들은 절대로 그 데이터를 액세스하지 못하게 해야한다.
  

1. Mutex란? - 상호 배제 Mutual Exclusion으로 상호배제라고도 한다. Critical Section을 가진 쓰레드들의 Running Time이 서로 겹치지 않게 각각 단독으로 실행되게 하는 기술이다. 다중 프로세스들의 공유 리소스에 대한 접근을 조율하기 위해 locking과 unlocking을 사용한다.
   

2. Semaphore란? 세마포어는 리소스 상태를 나타내는 간단한 카운터라고 생각할 수 있다. 일반적으로 비교적 긴 시간을 확보하는 리소스에 대해 이용하게 되며, 유닉스 시스템 프로그래밍에서 세마포어는 운영체제의 리소스를 경쟁적으로 사용하는 다중 프로세스에서 행동을 조정하거나 또는 동기화 시키는 기술이다.
   

Mutex V.S. Semaphore

1. Semaphore는 Mutex가 될 수 있으나, Mutex는 Semaphore가 될 수 없다.
   • Mutex는 상태가 0,1 두 개뿐인 binary Semaphore
2. Semaphore는 소유할 수 없는 반면, Mutex는 소유가 가능하며 소유주가 이에 대한 책임을 진다.
   • Mutex의 경우 lock을 가질 수 있다

3. Mutex의 경우, Mutex를 소유하고 있는 쓰레드가 이 Mutex를 해제할 수 있다. 하지만 Semaphore의 경우, 이러한 Semaphore를 소유하지 않는 쓰레드가 Semaphore를 해제할 수 있다.

4. Semaphore는 시스템 범위에 걸쳐있고, 파일형태로 존재한다. 반면, Mutex는 프로세스 범위를 가지며 프로세스가 종료될 때 자동으로 clean up된다.

가장 큰 차이점은 관리하는 동기화 대상의 갯수이다. Mutex는 동기화 대상이 오직 하나뿐일 때, Semaphore는 동기화 대상이 하나 이상일 때 사용한다.

EX) Semaphore는 1개 이상의 열쇠이다. 만약 화장실칸이 4개이고, 열쇠가 4개이면 4명까지는 대기없이 바로 사용할 수 있고 그 이상부터는 대기해야한다.

뮤텍스는 무조건 1개의 열쇠만 가질 수 있다.

참고자료

Semaphore란? : jwprogramming
세마포어와 뮤텍스 : sycho-lego