Operating system (7) Process Synchronization - 1

Race Condition

• S-box를 공유하는 E-box가 여럿 있는 경우 Race Condition(경쟁 상태)의 가능성이 있음
  • S-box : Memory Address Space
  • E-box : CPU Process
• 프로세스들간의 공유메모리를 사용하면 문제가 생길수 있음(멀티 쓰레드도 연관, 커널 데이터)

공유 메모리(shared memory) 방식에서는 프로세스들이 주소 공간의 일부를 공유한다. 이 공유한 메모리 영역에서 read/write하면서 통신을 수행한다.

OS에서의 race condition

1. kernel 수행 중 인터럽트 발생 시
2. Process가 system call을 하여 kernal mode로 수행 중인데 context switch가 일어나는 경우
3. Multiprocessor에서 shared memory 내의 kernel data

고급 언어로 된 Count++라는 코드를 수행할 때, Count 변수를 메모리의 data 영역에서 불러와서, CPU 안의 Register에 넣고, Register 값을 증가시키고(++), 다시 메모리의 변수 위치에 갖다 넣는 여러개의 Instruction으로 수행됨.

해결 방법

주요한 변수 값을 건드리는 동안(Instruction 수행중)에는 Interrupt가 들어왔을때 CPU를 넘기는게 아니라 해당 작업이 끝날때까지 Interrupt 처리를 하지 않아야 함.

할당 시간 초과시 커널 모드 작업중이었어도 다른 프로세스가 선점하게 되는 문제가 있음

해결 방법

프로세스가 커널 모드에 있을때는 할당 시간이 끝나도 CPU를 뺏기지 않도록 해야함

CPU가 여러개 있는 환경에서는 위에 있는 방법이 해결책이 되지 않음.

CPU가 어떤 공유 데이터에 접근해서 수정할 때는, 해당 공유 데이터에 LOCK을 걸고 처리가 끝났을때 LOCK을 푸는 방식으로 해결할 수 있음.

• 커널 접근 처리 → 한번에 하나의 CPU만이 커널에 들어갈 수 있게 하는 방법
• 공유 데이터일 경우 → 커널 내부에 있는 각 공유 데이터에 접근할 때마다 그 데이터에 대한 LOCK / UNLOCK을 하는 방법 → 해당 처리가 더 효율적으로 보임

Critical section

• n개의 프로세스가 공유 데이터를 동시에 사용하기를 원하는 경우
• 각 프로세스의 code segment에는 공유 데이터를 접근하는 코드인 critical section이 존재
• 하나의 프로세스가 critical section에 있을 때 다른 모든 프로세스는 critical section에 들어갈 수 없어야 한다.

critical section(공유 데이터를 접근하는 코드) 이전에 entry section을 넣어서 lock을 걸음 → 여러 프로세스가 동시에 critical section에 들어가는걸 막음.

instruction

프로그램적 해결법의 충족 조건

• Mutual Exclusion (상호 배제)
  • 프로세스 Pi가 critical section 부분을 수행 중이면 다른 모든 프로세스들은 그들의 critical section에 들어가면 안 된다.
• Progress (진행)
  • 어떤 프로세스도 critical section 안에 있지 않은 상태면 들어가게 해주어야 한다.
  • 어떻게 보면 당연한건데 잘못된 코드 구성으로 인해 어떠한 프로세스도 critical section을 수행하고 있지 않은데도 들어가지 못하는 문제가 발생할 수도 있음.
• Bounded Waiting (유한 대기)
  • 프로세스가 임계 영역에 들어가려고 요청한 후부터 그 요청이 허용될 때까지 다른 프로세스들이 임계 영역에 들어가는 횟수에 한계가 있어야 한다.
  • 특정 프로세스 입장에서 critical section에 들어가지 못하고 오랫동안 기다리는 현상(Starvation)이 생기지 않게 해야함.
• 가정
  • 모든 프로세스의 수행 속도는 0보다 크다
  • 프로세스들 간의 상대적인 수행 속도는 가정하지 않는다.

다음 내용

• Critical section을 해결하는 알고리즘을 소개할 예정.

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참조

[운영체제 - 이화여자대학교

KOCW 공개 강의](http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323)

[운영체제] 멀티 프로세스 환경에서 프로세스간 데이터는 어떻게 전달될까? (tistory.com)