[운영체제] 병행 프로세스-2

생산자-소비자 문제

두 협력 프로세스 사이에 버퍼를 두고 생산자와 소비자의 상황을 다루는 문제

• 생산자 : 데이터를 넣는 프로세스
  
• 소비자 : 데이터를 꺼내는 프로세스
  
  

1. 문제조건
   1) 버퍼에 여러 프로세스가 동시에 접근할 수 없음
   - 데이터를 넣는 동안 꺼낼수없고, 꺼내는 동안 넣을 수 없음
   -> 상호 배제 필요
   2) 버퍼의 크기가 유한 (유한 버퍼 문제)
   - 버퍼가 가득 찬 경우 생산자는 대기해야 함
   - 버퍼가 빈 경우 소비자는 대기해야 함
   -> 동기화 필요
   
   

2. 세마포어를 이용한 해결
   

   • 상호배제 : 세마포어 mutex (초깃값 1)
     
   • 버퍼가 가득 찬 경우 동기화 : 세마포어 empty (초깃값 n, n:버퍼크기)
     
   • 버퍼가 비어있는 경우 동기화 : 세마포어 full (초깃값 0)
     
     

• 생산자의 코드

  while(true) {
    데이터를 생산
  	
    P(empty);
    P(mutex);
    버퍼에 데이터를 넣음 (임계영역)
    V(mutex);
    V(full);
  }
  

• 소비자의 코드

  while(true) {
    P(full);
    P(mutex);
    버퍼에서 데이터를 꺼냄 (임계영역)
    V(mutex);
    V(empty);
  
    데이터를 소비
  }
  

판독기-기록기 문제

여러 협력 프로세스 사이에 공유자원을 두고 판독기와 기록기의 상황을 다루는 문제

• 판독기 : 데이터를 읽는 프로세스
  
• 기록기 : 데이터를 쓰는 프로세스
  
  

1. 문제조건
   1) 하나의 기록기가 공유자원에 데이터를 쓰는 중에는 다른 기록기나 판독기는 공유자원에 접근할 수 없음
   - 공유자원에 데이터를 쓰는 동안에는 누구도 접근할 수 없음
   - 공유자원에서 데이터를 읽는 동안에는 데이터를 쓸 수 없음
   -> 상호 배제 필요
   2) 여러 판독기는 동시에 공유자원에서 데이터를 읽을 수 있음
   - 판독기가 읽는 중 새로운 판독기가 읽기 시도 가능함
   - 판독기가 읽는 중 기록기 대기
   -> 새로운 판독기 읽기 시도 -> 가능/불가능
   
   

* 제 1 판독기 - 기록기 문제

• 판독기가 공유자원에 접근 중이라면 기록기보다 판독기에 우선순위를 줌
  
• 즉, 새로운 판독기는 즉시 공유자원에 접근 가능
  
• 문제점 : 기록기의 기아상태 유발 가능
  
  

1. 세마포어를 이용한 해결
   
   • 상호배제 : 세마포어 wrt
     
   • 판독기 우선 : 일반변수 rcount (초깃값 0), 세마포어 mutex (초깃값 1)
     
     

• 기록기의 코드

  while(true) {
    P(wrt);
    공유자원에 쓰기 (임계영역)
    V(wrt);
  }
  

• 판독기의 코드

  while(true) {
    P(mutex);
    rcount = rcount +1;
    if(rcount==1) {
        P(wrt);
    }
    V(mutex);
    공유자원에서 읽기 (임계영역)
    P(mutex);
    rcount = rcount - 1;
    if(rcount==0) {
        V(wrt);
    }
    V(mutex);
  }
  

* 제 2 판독기 - 기록기 문제

• 판독기가 공유자원에 접근 중이라면 판독기보다 기록기에 우선순위를 줌
  
• 즉, 대기중인 기록기가 있다면 새로운 판독기는 공유자원에 접근 불가능
  
• 문제점 : 판독기의 기아상태 유발 가능. 판독기의 병행성이 떨어짐
  
  

1. 세마포어를 이용한 해결
   
   • 5개의 세마포어 rd, wrt, mutex1, mutex2, mutex3 (초깃값 전원 1)
     
     

• 기록기의 코드

  while(true) {
    P(mutex2);
    wcount = wcount +1;
    if(wcount==1) {
        P(rd);
    }
    V(mutex2);
    P(wrt);
    공유자원에 쓰기 (임계영역)
    V(wrt);
    P(mutex2);
    wcount = wcount -1;
    if(wcount==0) {
        V(rd);
    }
    V(mutex2);
  }
  

• 판독기의 코드

  while(true) {
    P(mutex3);
    P(rd);
    P(mutex1);
    rcount = rcount +1;
    if(rcount==1) {
        P(wrt);
    }
    V(mutex1);
    V(rd);
    V(mutex3);
    공유자원에서 읽기 (임계영역)
    P(mutex1);
    rcount = rcount - 1;
    if(rcount==0) {
        V(wrt);
    }
    V(mutex1);
  }