병행 프로세스

정의
- 두 개 이상의 프로세스들이 동시에 존재하며 실행 상태에 있는 것

문제점

• 동시에 두 개 이상의 프로세스를 병행 처리하면 한정된 자원(CPU, Memory, Disk, I/O 장치 등)에 대한 사용 순서 등 여러 가지 문제가 발생
  
  

해결책

• Critical Section (임계구역)
  
• Mutual Exclusion (상호 배제)
  
• 동기화 기법
  - Semaphore (세마포어)
  - Monitor (모니터)

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Critical Section (임계 구역)

• 정의
  - 한 순간에는 반드시 하나의 프로세스에 의해서만 자원 또는 데이터가 사용되도록 하고, 이러한 자원이 프로세스에 의하여 반납된 후 비로소 다른 프로세스에서 자원을 이용하거나 데이터를 접근할 수 있도록 지정된 영역
  즉, 하나의 프로세스만 자원을 이용할 수 있도록 보호된 영역
  
  
• 특징
  - 특정 프로세스가 독점할 수 없다.
  - 프로세스가 임계 구역에 대한 진입을 요청하면 일정 시간 내에 진입을 허락해야 한다.
  
  
  
  

Mutual Exclusion (상호 배제)

• 정의
  - 한 프로세스가 공유 메모리, 파일을 사용하고 있을 때 다른 프로세스들이 사용하지 못하도록 배제 시키는 제어 기법
  - 임계 구역을 유지하는 기법
  
  
• 요구조건
  - 두 개 이상의 프로세스들이 동시에 임계영역에 있어서는 안된다.
  - 어떤 프로세스도 임계영역에 들어가는 것이 무한연기 되어서는 안된다.
  - 임계영역 밖에 있는 프로세스가 다른 프로세스의 임계영역 진입을 막아서는 안된다.
  - 임계구역 내에서 인터럽트, 교착상태, 무한반복이 발생되지 않도록 해야 함
  
  
• 구현기법
  - S/W 구현 방법
  "데커 알고리즘, 피터슨  알고리즘"
  
  - H/W 구현 방법
  "Test&Set 기법, Swap 명령어 기법"
  
  
• Dekker (데커) 알고리즘
  - 교착상태가 발생하지 않음을 보장
  - 공유 데이터에 대한 처리에 있어서 상호 배제를 보장
  - 별도 특수 명령어 없이 순수하게 S/W로 해결

Semaphore (세마 포어)

• 정의
  - 신호기, 깃발이라는 뜻
  - 각 프로세스에 제어 신호를 전달하여 순서대로 작업을 수행하도록 하는 기법
  

• 특징
  - Dijkstra (다익스트라)가 제안
  - P와 V라는 연산에 의해서 동기화유지 및 상호 배제 보장
  - 여러개의 프로세스가 동시에 값을 수정하지 못함
  - S는 P와 V연산으로만 접근 가능한 세마포어 변수, 공유 자원의 개수.(0, 사용중 / 1, 사용가능)
  - S가 2이면 임계구역에 2개의 프로세서가 들어갈 수 있음
  
  
• 연산
  - P
  "임계 영역을 사용하려는 프로세스들의 진입여부를 결정하는 조작으로 자원이 점유되었음을 알림 (Wait 동작, S = S - 1)"
  - V
  "대기 중인 프로세스를 깨우는 신호로 자원이 반납되었음을 알림 (Signal 동작, S = S + 1)"

Monitor (모니터)

• 정의
  - 임계구역과 유사한 개념
  - 동기화를 구현하기 위한 특수 프로그램 기법으로 특정 공유 자원을 프로세스에게 할당하는데 필요한 데이터와 이 데이터를 처리하는 프로시저로 구성
  

• 특징
  - 자료 추상화, 정보 은폐 개념을 기초로 함
  - 모니터 내의 공유 자원을 사용하려면 프로세스는 반드시 모니터의 진입부를 호출
  - 외부의 프로세스는 직접 액세스할 수 없으며, 모니터의 경계에서 상호배제가 시행
  - 한 순간에 하나의 프로세스만 진입하여 자원을 사용
  - 모니터에 사용되는 연산은 Wait, Signal