공유 자원 & 임계 영역(Semaphore & Mutex)

동기화(Synchronization)

여러 프로세스/스레드를 동시에 실행해도 공유 데이터의 일관성을 유지하는 것
- 실행 순서 제어 : 프로세스를 올바른 순서대로 실행
- 상호 배제 : 동시에 접근해서는 안 되는 자원에 하나의 프로세스만 접근

공유 자원은 여러 프로세스나 스레드가 동시에 접근하거나 사용할 수 있는 자원
전역 변수, 파일, 입출력장치, 보조기억장치, 네트워크 소켓
특징
- 자원을 공유할 경우, 잘못된 동기화로 인해 데이터의 일관성이 깨질 수 있다.
- 예: 한 스레드가 공유 자원을 읽는 동안 다른 스레드가 해당 자원을 수정하면 데이터가 손상될 수 있다. 👉 경쟁 상태(Race Condition)

경쟁 상태(Race Condition) 두 개 이상의 스레드가 동시에 공유 자원에 접근하면서 올바른 실행 순서가 보장되지 않아 데이터 불일치 또는 손상이 발생하는 것 (예: 은행 계좌 입금 처리 중 두 명이 동시에 입금하면 최종 금액이 올바르지 않을 수 있음)

acquire();

{ 임계 구역 }

release();

acquire() {
	while(lock == true) {}
	
	lock = true;
	// 임계 구역에 진입
}

release() {
	lock == false;
	// 임계 구역 해제
}

acquire()

release()

int value = 3; // 사용 가능한 공유 자원의 개수

wait();

{ 임계 구역 }

signal();

wait() {
	while(value <= 0) {}
	
	value--;
	// 자원 사용
}

signal() {
	value++;
}

wait()

signal()

상호 배제만 필요하다면 뮤텍스를, 작업 간의 실행 순서 동기화가 필요하다면 세마포를 권장한다.

Mutex
- 파일 시스템 접근
  - 하나의 프로세스가 파일을 읽거나 수정할 때 다른 프로세스 접근 차단.
- 프린터 공유
  - 출력 장치 접근을 순차적으로 관리.
Semaphore
- 서버 연결 풀 관리
  - DB 연결을 제한된 개수로 유지하여 과부하 방지.
- 리소스 대기열 관리
  - 제한된 자원(예: API 호출)에 대한 접근 동시 처리.

참고

https://hapen385.tistory.com/55

https://www.youtube.com/watch?v=0YDjblJn30k

https://www.youtube.com/watch?v=gTkvX2Awj6g

https://www.youtube.com/watch?v=4u13f9Umq7Y&t=58s

https://mierminusone.tistory.com/4

https://one-armed-boy.tistory.com/entry/Mutex-Semaphore

https://www.javatpoint.com/mutex-vs-semaphore