10번째 수업

Synchronization 에 관련된 문제 3가지

1. Bounded-buffer Problem (Producer-Consumer Problem)
2. Readers and Writers Problem
3. Dining-Philosophers Problem

Bounded-buffer Problem

유한한 버퍼의 크기

Producer

1. 공유데이터에 만들어서 버퍼에 집어 넣음 (빈 버퍼가 있으면)
2. 공유버퍼 전체에 lock
3. 빈 버퍼에 데이터 입력, 빈 버퍼 위치 변경
4. lock 해제

Consumer

Consumer는 Producer 프로세스와 정반대.

유한한 크기때문에 생기는 문제

• 생산자 입장
  • 한꺼번에 도착해 공유버퍼가 다 채워져 있는 경우, Consumer가 아닌 Producer가 또 오면, 생산자 입장에서는 사용할 수 있는 자원이 없다. 즉, 버퍼가 비어질 때까지 기다려야 할 수 밖에 없다.
• 소비자 입장
  • 꺼내갈 데이터(내용이 들어있는)가 없는 경우 생산자가 내용을 만들어 넣을때까지 기달리 수 밖에 없다.

synchronization 변수들

1. mutual exclusion -> lock여부를 위한 binary samphore
2. Resource count -> 자원의 수를 세기 위한 integer semaphore

Semaphore full = 0 , empty = n, mutex = 1(하나의 프로세스만 접근하도록 lock을 위한 변수);

Reader-Writers Problem

: procss가 DB(공유데이터)에 write중일때 다른 process가 접근하면 안됨 (lock)

​ read는 동시에 여럿이 가능

Solution

1. writer가 DB에 접근 허가를 아직 얻지 못한상태면 모든 대기중인 Reader들을 다 DB에 접근하게 해준다.
2. Writer는 대기중인 Reader가 하나도 없을 때 DB접근이 허용된다.
3. 일단 Writer가 DB에 접근중이면 Reader들은 접근금지
4. Writer가 DB에서 빠져나가야먄 Reader의 접근 허용된다.

먼저 Reader쪽에서 쭉 읽고 그동안 Writer는 다 읽을 동안 기다린다.

10000개가 들어와 readCount가 1이 된 순간 다시 1000개가 들어온다면 또 Writer는 기다려야한다

--> Starvation문제 발생

어느정도 일정량이 지나면 Writer에게 권한을 넘겨주는 식으로 해결한다.

Dining-Philosopher Problem

문제점

Deadlock : 모든 철학자가 동시에 배가 고파져 왼쪽젓가락을 든 경우

해결책

• 4명의 철학자만 인원제한
• 젓가락을 두 개 모두 집을 수 있을때에만 젓가락을 잡을 수 있는 권한
• 비대칭 : 짝수 철학자는 왼쪽, 홀수 철학자는 오른쪽부터 잡도록 한다.

Monitor

semaphore의 문제점

• 코딩하기 어려움

• 정확성입증이 어렵다

• 자발적 협력이 필요하다

• 한번의 실수가 모든 시스템에 치명적인 영향을 끼친다.

  • 예)

    V(mutex)

    Critical Section
    P(mutex)

    Mutual Exclution 깨짐

  • 예2)

    P(mutex)

    Critical Section

    P(mutex)

    Deadlock

High-level synchronization construct

객체 중심으로 모니터 안에 접근하는 프로시저를 정의해놓고 제한적으로 접근하도록 함

--> lock을 걸 필요가 없어짐

monitor monitor-name{
//	공유변수 선언
  procedure body P1(..){
    ...
  }
    procedure body P2(..){
    ...
  }
    procedure body P3(..){
    ...
  }
  {
    initialization code
  }
}

Condition variable

Condition x, y;

x.wait()

x가 여분이 있으면 바로 접근 허용, 없으면 줄서서 기다리는 함수를 정의.

x.signal()

빠져나가는 기능

monitor bounded_buffer {
  int buffer[N];
  condition full, empty ;
  
  void prodduce(int x){
    empty.wait(); // 빈 버퍼가 없을 경우
    full.signal(); // x가 버퍼에 추가되는 경우
  }
  
  void consume(int *x){
    full.wait(); // full버퍼가 없을 경우
    empty.signal(); // 버퍼에서 데이터를 지우고 저장
  }
}