쓰레드 동기화 방법의 종류

• Mutex / Semaphore / Monitor
  공통점은 세가지 모두 운영체제의 동기화 기법이라는 것이다.

• 뮤텍스(Mutual Exclusion)
  • 쓰레드의 동시 접근을 허용하지 않는다는 의미.
  • 뮤텍스의 쓰레드 동기화 방법은 임계영역에 들어가기 위해 이 뮤텍스를 가지고 있어야 들어갈 수 있다.
    예) 일종의 자물쇠와 같은 역할을 한다.
    임계영역에 들어간 쓰레드가 뮤텍스를 이용해 임계영역에서 본인이 나올때까지 다른 쓰레드가 못들어오게 내부에서 자물쇠로 잠근다.
• 세마포어(Semaphore)
  • 세마포어 역시 뮤텍스와 비슷한 역할을 하지만
    세마포어는 동시 접근 동기화가 아닌 접근 순서 동기화에 더 관련있다.
• 모니터(Monitor)
  • Mutex(Lock)와 Condition Variables(Queue라고도 함)을 가지고 있는 Synchronization 메카니즘이다.

 

• 우선 뮤텍스 / 모니터 / 세마포어는 개념적으로 차이가 있다.

• 전자(뮤텍스,모니터)는 상호 배제를 함으로써 임계구역에 하나의 쓰레드만 들어갈 수 있다.

• 후자(세마포어)는 하나의 쓰레드(binary semaphore)만 들어가거나
  혹은 여러 개의 쓰레드(counting semaphore)가 들어가게 할 수도 있다.

 

Q. 뮤텍스와 모니터의 차이는?

• 가장 큰 차이는 뮤텍스는 다른 프로세스(애플리케이션)간에 동기화를 위해 사용한다.

• 반면 모니터는 하나의 프로세스(애플리케이션)내에 다른 쓰레드 간에 동기화할 때 사용한다.

• 또한, 뮤텍스는 보통 운영체제 커널 의해서 제공되는 반면에
  모니터는 프레임워크나 라이브러리 그 자체에서 제공된다.

• 따라서 뮤텍스는 무겁고(heavy-weight) 느리며(slower)
  모니터는 가볍고(light-weight) 빠르다(faster).

Q. 세마포어와 모니터의 차이는?

• Java에서는 모니터를 모든 객체에게 기본적으로 제공하고 있는 반면 C에서는 모니터를 사용할 수 없다.

• 세마포어는 카운터라는 변수값으로 프로그래머가 상호 배제나 정렬의 목적으로 사용 시
  매번 값을 따로 지정해줘야하는 등 조금 번거롭다.

• 반면, 모니터는 이러한 일들이 캡슐화 되어 있어서(encapsulation)
  개발자는 카운터값을 1 또는 0으로 주어야 하는 고민을 할 필요 없이
  synchronized, wait(), notify() 등의 키워드를 이용해 좀 더 편하게 동기화할 수 있다.

Q. 뮤텍스와 세마포의 차이는?

• 세마포어는 뮤텍스가 될 수 있지만
  뮤텍스는 세마포어가 될 수 없다.

• 예를 들어 Casting을 한다고 보면
  (뮤텍스)세마포어 –> 가능
  (세마포어)뮤텍스 –> 불가능

• 세마포어는 소유할 수 없는 반면
  뮤텍스는 소유할 수 있고 소유자가 이에 책임을 진다.

• 뮤텍스는 1개만 동기화가 되지만
  세마포어는 하나 이상을 동기화 할 수 있다.

변기가 하나뿐인 화장실에서는 앞의 사람이 볼일을 마치고 나가야 다음 사람이 들어갈 수 있다. 이렇게 한번에 오직 하나만 처리할 수 있는 대상에 사용하는 것이 뮤텍스이다.

변기가 세개인 화장실에서는 동시에 세 사람이 볼일을 볼 수 있고 이 세 사람 중 아무나 한명이 나오면 다음 사람이 볼일을 볼 수 있다. 이렇게 동시에 제한된 수의 여러 처리가 가능하면 세마포어이다.

만약 변기 세개짜리 화장실의 각 변기에 대해 뮤텍스를 사용한다면 대기중인 사람은 각 변기 앞에 줄을 서는 것이고 이렇게 되면 옆 칸이 비어도 들어가지 못하게 된다.

만약 변기 세개를 묶어서 뮤텍스를 사용한다면 변기 수에 관계없이 무조건 한명만 사용할 수 있게 된다.

이 예에서 변기는 동기화 대상, 사람은 그 동기화 대상에 접근하는 쓰레드를 나타낸다.

뮤텍스와 세마포어의 목적은 특정 동기화 대상이 이미 특정 쓰레드에 의해 사용중일 경우 다른 쓰레드가 해당 동기화 대상에 접근하는 것을 제한하는 것으로 동일하지만 관리하는 동기화 대상이 몇개 인가에 따라 차이가 생기게 되는 것이다.