[multithreading] 세마포 란 무엇입니까?

동시 프로그램을 구축하기 위해서는 동기화와 상호 배제라는 두 가지 필수 개념이 있습니다. 이 두 가지 유형의 잠금 (세마포가 일반적으로 일종의 잠금 메커니즘)이 동기화 및 상호 배제를 달성하는 데 어떻게 도움이되는지 살펴 보겠습니다.

세마포어는 동기화와 상호 배제를 구현하여 동시성을 달성하는 데 도움이되는 프로그래밍 구조입니다. 세마포어는 이진과 계산의 두 가지 유형입니다.

세마포어에는 카운터와 특정 리소스에 액세스하기 위해 대기중인 작업 목록의 두 부분이 있습니다. 세마포어는 두 가지 작업을 수행합니다. 대기 (P) [잠금 획득과 유사] 및 릴리스 (V) [잠금 해제와 유사] – 세마포어에서 수행 할 수있는 유일한 두 작업입니다. 이진 세마포어에서 카운터는 논리적으로 0과 1 사이입니다. 두 개의 값 (열림 / 닫힘)을 가진 잠금과 비슷하다고 생각할 수 있습니다. 카운팅 세마포어에는 count 값이 여러 개 있습니다.

이해해야 할 것은 세마포 카운터가 차단할 필요가없는 작업의 수를 추적한다는 것입니다. 즉, 진행할 수 있습니다. 작업이 카운터되고 카운터가 0 일 때만 세마포어 목록에 추가됩니다. 따라서 작업을 진행할 수 없으면 P () 루틴의 목록에 작업이 추가되고 V () 루틴을 사용하여 “해제”됩니다.

이제 바이너리 세마포어를 사용하여 동기화 및 상호 배제를 해결하는 방법을 알 수 있습니다. 본질적으로 잠금입니다.

전의. 동기화:

thread A{
semaphore &s; //locks/semaphores are passed by reference! think about why this is so.
A(semaphore &s): s(s){} //constructor
foo(){
...
s.P();
;// some block of code B2
...
}

//thread B{
semaphore &s;
B(semaphore &s): s(s){} //constructor
foo(){
...
...
// some block of code B1
s.V();
..
}

main(){
semaphore s(0); // we start the semaphore at 0 (closed)
A a(s);
B b(s);
}

위의 예에서 B2는 B1이 실행을 완료 한 후에 만 ​​실행할 수 있습니다. 스레드 A가 먼저 실행되고 카운터가 0 (닫힘)이므로 sem.P ()에 도달하고 대기한다고 가정합니다. 스레드 B가 함께 나오고 B1을 완료 한 다음 스레드 A를 해제하여 B2를 완료합니다. 그래서 우리는 동기화를 달성합니다.

이제 이진 세마포어와의 상호 배제를 살펴 보자.

thread mutual_ex{
semaphore &s;
mutual_ex(semaphore &s): s(s){} //constructor
foo(){
...
s.P();
//critical section
s.V();
...
...
s.P();
//critical section
s.V();
...

}

main(){
semaphore s(1);
mutual_ex m1(s);
mutual_ex m2(s);
}

상호 배제도 매우 간단합니다. m1과 m2는 동시에 임계 구역에 들어갈 수 없습니다. 따라서 각 스레드는 동일한 세마포어를 사용하여 두 개의 중요한 섹션에 대한 상호 배제를 제공합니다. 이제 더 큰 동시성을 가질 수 있습니까? 중요한 섹션에 따라 다릅니다. (다른 방법으로 상호 배제를 달성하기 위해 세마포어를 어떻게 사용할 수 있는지 생각해보십시오. 힌트 힌트 : 필자는 반드시 하나의 세마포어 만 사용해야합니까?)

세마포 계산 : 둘 이상의 값을 가진 세마포. 이것이 무엇을 의미하는지 봅시다-하나 이상의 값을 가진 자물쇠 ?? 그래서 열리고 닫히고 … 음. 상호 배제 또는 동기화에서 다단계 잠금은 어떤 용도로 사용됩니까?

두 가지 중 더 쉬운 방법을 보자.

카운팅 세마포어를 사용한 동기화 : 3 번 이후에 실행하려는 # 1과 2의 3 가지 작업이 있다고 가정 해 봅시다. 어떻게 동기화를 설계 하시겠습니까?

thread t1{
...
s.P();
//block of code B1

thread t2{
...
s.P();
//block of code B2

thread t3{
...
//block of code B3
s.V();
s.V();
}

따라서 세마포어가 닫힌 상태로 시작되면 t1 및 t2 블록이 세마포어 목록에 추가되는지 확인하십시오. 그런 다음 중요한 모든 t3가 나오고 사업을 마치고 t1과 t2를 해제합니다. 그들은 어떤 순서로 해방 되었습니까? 세마포어 목록의 구현에 따라 다릅니다. 선입 선출 (FIFO), 특정 우선 순위 등을 기반으로 할 수 있음 (참고 : t1과 t2가 특정 순서로 실행되기를 원하고 세마포어의 구현을 모르는 경우 P와 V를 정렬하는 방법에 대해 생각하십시오)

(발견 : V의 수가 P의 수보다 크면 어떻게됩니까?)

상호 배제 카운팅 세마포어를 사용하여 : 나는 당신이 이것을 위해 자신의 의사 코드를 구성하고 싶습니다 (일을 더 잘 이해하게 만듭니다!) . 이것이 의미하는 것은 N 개의 작업 (또는 원하는 경우 스레드)이 중요 섹션에 들어가 있지만 N + 1 번째 작업은 차단되고 (가장 좋아하는 차단 된 작업 목록에 표시됨) 누군가 V가 세마포어 일 때만 통과됩니다. 적어도 한 번. 따라서 세마포 카운터는 0과 1 사이에서 스윙하는 대신 이제 0과 N 사이로 이동하여 N 작업이 자유롭게 들어가고 나갈 수있게하여 아무도 막지 않습니다!

이제 어리석은 일이 왜 필요합니까? 둘 이상의 사람이 리소스에 액세스하지 못하게하는 상호 배제의 요점이 아닙니까? (힌트 힌트 … 컴퓨터에 항상 하나의 드라이브 만있는 것은 아닙니다.

생각해보기 : 세마포 만 세면 상호 배제가 달성됩니까? 리소스의 인스턴스가 10 개이고 카운팅 세마포어를 통해 10 개의 스레드가 들어 와서 첫 번째 인스턴스를 사용하려고하면 어떻게됩니까?