[OS] 여러가지 프로세서 운영기법들

 병행 프로세스 

병행 프로세스는 두개이상의 프로세스들이 동시에 존재하며 실행 상태에 있는 것을 의미합니다.

1. 여러 프로세스들이독립적으로 실행되는 것을 독립적 병행 프로세스, 서로 협력하며 동시에 실행되는 것을 협동적 병행 프로세스라고 합니다.

2. 병행 프로세스는 다중 처리 시스템이나 분산 처리 시스템에서 중요한 개념으로 사용됩니다.

 

 임계 구역 

임계구역은 다중 프로그래밍 운영체제에서 여러개의 프로세스가 공유하는 데이터 및 자원에 대하여 어느 한 시점에서는 하나의 프로세스만 자원 또는 데이터를 사용하도록 지정된 공유 자원을 의미합니다.

1. 임계구역에는 하나의 프로세스만 접근할 수 있으며, 해당 프로세스가 자원을 반납한 후에만 다른 프로세스가 자원이나 데이터를 사용할 수 있습니다.

2. 임계 구역은 특정 프로세스가 독점할 수 없으며, 임계 영역에서 수행중인 프로세스는 인터럽트가 불가능합니다.

3. 임계 구역의 자원이나 데이터는 여러 프로세스가 사용해야 하므로 임계 구역 내에서의 작업은 신속하게 이루어져야 합니다.

4. 프로세스가 임계 구역에 대한 진입을 요청하면 일정시간 내에 진입을 허락해야 합니다.

5. 현재 임계 구역에서 실행되는 프로세스가 없다면 임계 구역 사용을 기다리고 있는 잔류 영역에 있는 프로세스의 사용을 허락해야 하며, 그 이외에 있는 프로세스는 임계 구역에 진입할 수 없습니다.

 

 상호배제 기법 

상호배제는 특정 프로세스가 공유자원을 사용하고 있을 경우 다른 프로세스가 해당 공유 자원을 사용하지 못하게 제어하는 기법을 의미합니다.

1. 여러 프로세스가 동시에 공유 자원을 사용할 때 각 프로세스가 번갈아가며 공유 자원을 사용하도록 하는 것으로, 임계 구역을 유지하는 기법입니다.

2. 상호 배제 기법을 구현하기 위한 방법에는 소프트웨어적 구현과 하드웨어적 구현이 있습니다.

 

 동기화 기법 

동기화 기법은 두개 이상의 프로세스를 한 시점에서는 동시에 처리할 수 없으므로 각 프로세스에 대한 처리 순서를 결정하는 것으로, 상호 배제의 한 형태입니다.

1. 동기화를 구현할 수 있는 방법에는 세마포어와 모니터가 있습니다.

 

세마포어

1. 세마포어는 신호기, 깃발을 뜻하며, 각 프로세스에 제어 신호를 전달하여 순서대로 작업을 수행하는 기법입니다.

2. 세마포어는 다익스트라가 제안하였으며 P와 V라는 두개의 연산에 의해서 동기화를 유지시키고 상호 배제의 원리를 보장합니다.

3. 프로세스가 자원을 사용하려고 할 경우 먼저 세마포어 변수를 통해 다른 프로세스가 자원을 점유하고 있는지 조사합니다. 자원을 사용할 수 있으면 해당 자원을 점유한 후 자원이 점유되었다는 것을 알리고, 다른 프로세스가 이미 자원을 점유 한 상태라면 자원을 사용할 수 있을 떄까지 기다립니다.

4. 프로세스가 자원 사용을 마치면 자원을 반납하므로 자원의 사용을 위해 기다리는 프로세스에게 이 사실을 알립니다.

 

모니터

모니터는 동기화를 구현하기 위한 특수 프로그램 기법으로 특정 공유 자원을 프로세스에게 할당하는데 필요한 데이터와 이 데이터를 처리하는 프로시저로 구성됩니다. 

1. 자료 추상화와 정보 은폐 개념을 기초로 하며 공유 자원을 할당하기 위한 병행성 구조로 이루어져 있습니다.

2. 모니터 내의 공유자원을 사용하려면 프로세스는 반드시 모니터의 진입부를 호출해야 합니다.

3. 외부 프로시저는 직접 액세스 할 수 없습니다.

4. 모니터의 경계에서 상호 배제가 시행됩니다.

5. 모니터에는 한 순간에 하나의 프로세스만 진입하여 자원을 사용할 수 있습니다.

6. 모니터에는 Wait와 Signal 연산이 사용됩니다.