[요약]운영체제

프로세스와 스레드

• 프로세스(Process)란 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위이다. 즉, 실행된 프로그램
  • 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)
  • 특징
    • 
    • 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
• 스레드(Thread) 란 프로세스의 특정한 수행 경로이다. 즉,프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
  • 특징
    • 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
• 프로세스 VS 스레드
  • 메모리영역 (프로세스=독립, 스레드=stack만 독립)
• 멀티프로세스 VS 멀티스레드
  • 멀티스레드의 장점 프로세스 생성 시스템 콜이 적다
  • 멀티스레드의 장점 메모리를 공유해서 자원소모가 적다
  • 멀티스레드의 단점 동기화가 어렵다

뮤텍스와 세마포어 (자세히 물어볼만 한듯, 문제찾기)

• 뮤텍스(Mutex, 상호배제)
  • 공유자원에 여러 스레드가 접근하는 것을 막는 것
  • 상호배제라고도 하며, Critical Section을 가진 스레드의 Running time이 서로 겹치지 않도록 실행하게 하는 기술이다.
  • 다중 프로세스들의 공유 리소스에 대한 접근을 조율하기 위해 synchronized 또는 lock을 사용한다.
    • 즉, 뮤텍스 객체를 두 스레드가 동시에 사용할 수 없다.
• 세마포어(Semaphore)
  • 공유자원에 여러 프로세스가 접근하는 것을 막는 것
  • 리소스 상태를 나타내는 간단한 카운터로 생각할 수 있다.
    • 비교적 긴 시간을 확보하는 리소스에서 이용한다.
  • 공유 리소스에 접근할 수 있는 프로세스의 최대 허용치만큼 동시에 사용자가 접근하여 사용할 수 있다.
  • 세마포어 값은 확인하고 변경할 수 있다.
    • 1) 사용 중이지 않는 자원의 경우 그 프로세스가 즉시 자원을 사용할 수 있다.
    • 2) 이미 다른 프로세스에 의해 사용 중이라는 사실을 알게 되면 재시도하기 전에 일정 시간을 기다려야 한다.
    • 세마포어를 사용하는 프로세스는 그 값을 확인하고, 자원을 사용하는 동안에는 그 값을 변경함으로써 다른 세마포어 사용자들이 기다리도록 해야한다.
  • 세마포어는 이진수 (0 또는 1)를 사용하거나, 또는 추가적인 값을 가질 수도 있다.
• 차이
  1. 가장 큰 차이점은 관리하는 동기화 대상의 개수
     • Mutex는 동기화 대상이 오직 하나뿐일 때, Semaphore는 동기화 대상이 하나 이상일 때 사용한다.
  2. Semaphore는 Mutex가 될 수 있지만 Mutex는 Semaphore가 될 수 없다.
     • Mutex는 상태가 0, 1 두 개 뿐인 binary Semaphore
  3. Semaphore는 소유할 수 없는 반면, Mutex는 소유가 가능하며 소유주가 이에 대한 책임을 가진다.
     • Mutex 의 경우 상태가 두개 뿐인 lock 이므로 lock 을 가질 수 있다.
  4. Mutex의 경우 Mutex를 소유하고 있는 스레드가 이 Mutex를 해제할 수 있다. 하지만 Semaphore의 경우 이러한 Semaphore를 소유하지 않는 스레드가 Semaphore를 해제할 수 있다.
  5. Semaphore는 시스템 범위에 걸쳐있고 파일시스템상의 파일 형태로 존재하는 반면 Mutex는 프로세스 범위를 가지며 프로세스가 종료될 때 자동으로 Clean up 된다.

교착상태의 개념과 조건 (자세히 물어볼만 한듯, 문제찾기)

• 교착상태(데드락, Deadlock)란
  • 모든 스레드가 서로 풀리기를 기다리고 있는 상황으로 무한 대기 상태에 빠진다. 이런 스레드를 교착상태에 빠졌다고 한다.
• 교착상태의 4가지 조건
  1. 상호 배제(mutual exclusion)
     • 한 번에 한 프로세스만 공유 자원을 사용할 수 있다.
     • 좀 더 정확하게는, 공유 자원에 대한 접근 권한이 제한된다. 자원의 양이 제한되어 있더라도 교착상태는 발생할 수 있다.
  2. 들고 기다리기(hold and wait) = 점유대기
     • 공유 자원에 대한 접근 권한을 갖고 있는 프로세스가, 그 접근 권한을 양보하지 않은 상태에서 다른 자원에 대한 접근 권한을 요구할 수 있다.
  3. 선취 불가능(Non Preemptive) = 비선점
     • 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원 접근 권한을 강제로 취소할 수 없다.
  4. 대기 상태의 사이클(circular wait) = 순환대기
     • 두 개 이상의 프로세스가 자원 접근을 기다리는데, 그 관계에 사이클이 존재한다.
• 교착상태 방지
  • 4가지 조건들 가운데 하나를 제거하면 된다.
  • 공유 자원 중 많은 경우가 한 번에 한 프로세스만 사용할 수 있기 때문에(예를 들어, 프린트) 1번 조건은 제거하기 어렵다.
  • 대부분의 교착상태 방지 알고리즘은 4번 조건, 즉 대기 상태의 사이클이 발생하는 일을 막는 데 초점이 맞춰져 있다.