병행 프로세스 2

어떠한 작업을 병행 프로세스로 구현할 경우 각각의 프로세스들이 완전히 독립적으로 동작함으로써 단지 실행 성능을 높이고자 하는 경우도 가능하겠지만, 일반적으로는 병행 실행되는 프로세스들이 상호협력하며 진행된다. 생산자/소비자 문제, 판독기/기록기 문제의 예를 통해 상호협력 프로세스의 일반적 구현 방법을 살펴보고, 병행 프로세스 사이의 통신을 위한 방법에 대하여 논리적 측면에서 살펴본다.

 

목표

• 세마포어를 이용하여 생산자/소비자 문제를 해결할 수 있다.

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• 세마포어를 이용하여 판독기/기록기 문제를 해결할 수 있다.

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• 프로세스 사이의 통신을 위한 논리적 구조에 대해 설명할 수 있다.

 

• 프로세스의 상호 협력
  • 병행 프로세스들의 상호 협력
    • 공통작업을 수행하기 위해 서로 협동하는 경우
  • 생산자/소비자 문제
    • 생산자 -> 버퍼 -> 소비자
      • 생산자 : 버퍼에 데이터를 채우는 프로세스
      • 소비자 : 버퍼에 있는 데이터를 읽어내는 프로세스
    • 유한버퍼 문제
      • 버퍼 : 상호배제 필요 
      • 버퍼가 가득 차 있다면 생산자는 대기해야 함
      • 버퍼가 비어 있다면 소비자는 대기해야 함
      • 동기화 필요
    • 세마포어 이용 - mutex, empty, full
      • 동기화
        • - empty의 초깃값 n (버퍼 크기 n)
        • - full의 초깃값 0
      • 상호배제
        • - mutex의 초깃값 1
  • 판독기/기록기 문제
    • 여러 개의 판독기가 동시에 공유 데이터 객체에 접근하는 것은 문제 없음
    • 기록기가 다른 기록기 또는 판독기와 동시에 공유 데이터 객체 접근하는 것은 문제
    • 우선 순위에 따른 문제의 변형
      • 제1 판독기/기록기 문제 (판독기 우선)
        • 기록기가 이미 공유객체의 사용을 허가 받은 것이 아니라면 판독기는 대기하지 않음
        • 기록기의 기아상태 유발 가능
      • 제2 판독기/기록기 문제 (기록기 우선)
        • 일단 기록기가 준비되었다면 기록을 가능한 한 빨리 수행할 수 있도록 함
        • 판독기의 기아상태 유발 가능
    • 제 1 판독기/기록기 문제
      • 세마포어 이용 - mutex, wrt
        • 판독기 우선
          • 변수 readcount의 초깃값 0
          • mutex의 초깃값 1 
        • 상호배제
          • wrt의 초깃값 1
• 프로세스 간의 통신 (IPC, InterProcess Communication)
  • 병행 프로세스 사이의 통신을 위한 방법
    • 공유기억장치 방법
    • 메시지 시스템 기법
  • 두 방법은 상호 베타적이 아님
  • 공유기억장치 기법
    • 프로세스 간에 공유변수를 이용하여 정보를 교환
    • 예) 유한 버퍼
    • 고속 통신 가능
    • 통신기능 제공의 책임 : 응용 프로그래머
  • 메시지 시스템 기법
    • 메시지 교환방식으로 정보를 교환
    • send/recieve 연산자
    • 소량의 데이터 교환에 유용
    • 통신기능 제공의 책임 : 운영체제
    • 통신 링크
      • 프로세들 사이에 메시지를 주고받기 위한 연결통로
    • 논리적 구현에 대한 이슈
      • 어떻게 링크를 설정?
      • 한 링크가 2개 이상의 프로세스와 연결 가능? 두 프로세스 사이에 얼마나 많은 링크 존재?
      • 링크의 용량은? 메시지의 크기는? 링크는 단방향인가 양방향인가?
    • 직접 통신
      • P <-> Q
        • P : recieve(Q, message)
        • Q : send(P, message)
      • 미시지 전달 연산에 수신자나 송신자 이름을 명시
      • 통신 링크는 자동 설정됨
      • 하나의 링크는 두 프로세스 사이만 연관되며 각 통신 프로세스 쌍 사이에는 정확히 하나의 링크가 존재
      • 링크는 양방향임
      • 대칭형
      • 비대칭형의 직접 통신도 가능
        • P : receive(id, message) -> id로 R도 올 수 있고 S도 올 수 있음
        • Q : send(P, message)
    • 간접 통신 (우편함)
      • 메시지 전달 연산에 우편함 이름을 명시
      • p <-> 우편함 A <-> Q
        • p : send(A, message)
        • Q : recieve(A, message)
      • 통신 링크는 공유 우편함이 있는 경우에만 설정됨
      • 하나의 링크는 2개 이상의 프로세스들과 연관될 수 있으며 각 통신 프로세스 쌍 사이에는 여러 링크가 존재 가능
    • 단방향이 될 수도 있고 양방향이 될 수도 있음
    • 우편함이 프로세스에 소속되는 경우
      • 각 프로세스는 송신만 가능, 우편함 소유 프로세스는 수신만 가능
    • 우편함이 운영체제 소속되는 경우
      • 소속권을 넘겨주면 송수신 다 가능
    • 링크의 용량
      • '0' 용량
        • P <-> 큐 없음 <-> Q
        • 동기화 필요
      • 제한된 용량
        • P <-> 큐(크기 n) <-> Q
        • 큐가 가득 차면 송신자는 대기
      • 무제한 용량
        • P <-> 큐(크기 무한) <-> Q
        • 송신자는 대기할 필요가 없음
      • '0' 용량이 아닌 경우 메시지 도착 여부의 인지 방법
        • p : send(Q, message); recieve(Q, message);
        • Q : receive(P, message); send(P, "ack")
        • -> 비동기적 통신
    • 예외조건 처리
      • 프로세스가 종료된 경우
        • 송신 프로세스 Q가 종료된 경우
          • 운영체제가 다음과 같은 것을 전달할 수 있어야 함
          • P를 종료
          • Q가 종료한 사실을 P에 알림
        • 수신 프로세스 Q가 종료가 된 경우
          • 버퍼가 없는 경우
            • P를 종료
            • Q가 종료한 사실을 P에 알림
      • 메시지를 상실한 경우
        • 운영체제가 탐지 후 메시지 재전송
        • 송신 프로세스가 탐지 후 메시지 재전송
        • 운영체제가 탐지 후 송신 프로세스에게 통지
          • 탐지방법 : 시간제한
      • 메시지가 혼합된 경우
        • 오류 탐지 후 재전송
          • 탐지방법 : checksum
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