세마포어

세마포어(Semaphore)는 에츠허르 데이크스트라가 고안한, 두 개의 원자적 함수로 조작되는 정수 변수로서, 멀티프로그래밍 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 제한하는 방법으로 사용된다. 이는 철학자들의 만찬 문제의 고전적인 해법이지만 모든 교착 상태를 해결하지는 못한다.
구성[편집]
세마포어 S는 정수값을 가지는 변수이며, 다음과 같이 P와 V라는 명령에 의해서만 접근할 수 있다. (P와 V는 각각 try와 increment를 뜻하는 네덜란드어 Proberen과 Verhogen의 머릿글자를 딴 것이다.)
P는 임계 구역에 들어가기 전에 수행되고, V는 임계 구역에서 나올 때 수행된다. 이때 변수 값을 수정하는 연산은 모두 원자성을 만족해야 한다. 다시 말해, 한 프로세스(또는 스레드)에서 세마포어 값을 변경하는 동안 다른 프로세스가 동시에 이 값을 변경해서는 안 된다.
적용[편집]
방법 1[편집]
최초 제시된 방법은 바쁜 대기(busy waiting)을 이용한 방법이다.
P(S) {
while S <=0; // 아무것도 하지 않음 (반복문)
S--;
}
V(S) {
S++;
}
이 방법은 임계 구역에 들어갈 수 있을 때까지 빈 반복문을 수행하기 때문에, 단일처리기 다중프로세스 환경에서 처리기 효율이 떨어진다. 또한 대기 중인 프로세스들 중 어느 것을 먼저 임계 구역에 진입시킬지를 결정할 수 없다.
방법 2[편집]
최초 방법의 단점을 보완한 방법으로서 재움 큐를 활용하여 프로세스를 재우는 방식이다.
P(S) {
S--;
if S < 0
// 이 프로세스를 재움 큐에 추가 (잠 듦)
}
V(S) {
S++;
if S <= 0
// 재움 큐로부터 프로세스를 제거 (깨어남)
}
종류[편집]
계수 세마포어[편집]
계수 세마포어(counting semaphore)에서는 초기값은 가능한 자원의 수로 정해지며, 세마포어 값의 범위는 정해져 있지 않다.
이진 세마포어[편집]
이진 세마포어(binary semaphore)에서는 세마포어 값으로 0 또는 1을 가진다. 계수 세마포어보다 간단히 구현할 수 있으며, Test and Set 등 하드웨어가 지원하는 기능을 이용하여 구현하기도 한다. 또한, 이진 세마포어를 이용하여 계수 세마포어를 구현할 수도 있다.
약점[편집]
- P함수와 V함수의 동작은 독립적이기 때문에 잘못 사용하는 경우 문제가 발생한다.
- 고급 언어에서 동기화를 제공해야 한다.
참고[편집]
세마포어(semaphore)의 원래 뜻은 기차 등에서 사용하는 '까치발 신호기'이다.