Synchronization

두 개 이상의 스레드가 하나의 메모리 공간을 동시에 참조하는 경우,

레이스 컨디션이 발생하여 프로그램을 실행할 때 마다 다른 결과가 출력되는 일이 발생할 수 있다.

 

이를 방지하기 위해 동기화를 하고, critical section(임계 영역)에 접근할 수 있는 스레드의 수를 제한한다.

동기화를 달성하기 위한 방법으로 mutex와 semaphore가 있다.

 

- Mutex

mutual exclusion(상호 배제)의 약자로 lock이라고도 한다.

기본적인 아이디어는 임계 영역에 진입할 때는 스레드가 뮤텍스를 잠그고, 나갈 때 잠금을 해제하는 아이디어이다.

즉, 잠겨있는 뮤텍스 아래로는 실행이 불가능하다.

 

뮤텍스를 사용할 때 주의할 점은, 임계영역으로 진입한 스레드가 뮤텍스를 풀기 전 중지되면 안된다는 것이다.

뮤텍스를 잠그고 중지될 경우 프로그램이 데드락 상태에 빠질 수 있기 때문이다.

또한, 뮤텍스는 전역변수로 선언하여 모든 스레드에서 접근 가능한 상태로 만들어야 한다.

// 뮤텍스 생성
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//or
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

// 뮤텍스로 임계영역 설정
pthread_mutex_lock(&mutex);
// critical section
pthread_mutex_unlock(&mutex);

 

임계 영역과 스레드간 time-slice 관점에서 어떻게 동작하는지 살펴보자.

 

 

- Semaphore

세마포어 역시 뮤텍스와 동일한 방식으로 사용한다.

하지만, 중요한 차이점은 뮤텍스는 임계 영역에 단 하나의 스레드만 접근 가능하다면,

세마포어는 이 숫자를 조정할 수 있다.

임계 영역에 접근 가능한 스레드의 수를 1로 설정한 세마포어를 Binary Semaphore라 하고,

2개 이상으로 설정한 세마포어를 Counting Semaphore라고 한다.

// system V semaphore
pid_t semid = CreateSemaphore("abc", 1); // binary semaphore

wait(&semid);
// critical section
signal(&semid);

 

마찬가지로 임계 영역과 스레드간 time-slice 관점에서 어떻게 동작하는지 살펴보자.

 

위의 경우는 system V 패키지에서 제공하는 익명 세마포어의 코드였다.

이번에는 POSIX 라이브러리에서 제공하는 Named Semaphore를 살펴보자.

#define PERMS (mode_t)(S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) //0644
#define FLAGS (O_CREAT)

int main(void) {
    sem_t *semid;
    
    if ((*sem = sem_open("my_sem", FLAGS, PERMS, 1)) == SEM_FAILED) // binary semaphore
        return -1;
    
    sem_wait(sem);
    // critical section
    sem_post(sem);
    
    if (sem_close(sem)) return -1;
    
    sem_unlink((const char*)"my_sem"); // 세마포어 완전 삭제
    
    return 0;
}