멀티 프로세스 & IPC & 세마포어,뮤텍스

멀티 프로세스 & IPC & 세마포어,뮤텍스

출처: multi process vs multi thread

컨텍스트 스위칭

한 task가 끝날 때까지 기다리는 게 아니라 여러 작업을 번갈아가며 동시에 처리한다. 인터럽트 발생 시 프로세스 상태를 PCB에 저장하고 새로운 프로세스 상태를 레지스터에 저장한다. 이때 CPU는 아무런 일을 하지 않기 때문에 잦은 컨텍스트 스위칭은 성능저하를 야기한다.

멀티 프로세스

• 장점
  • 자식 프로세스 중 하나에 문제 발생 시 영향이 확산되지 않는다.
• 단점
  • IPC(Inter Process Communication)
    • 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스 사이의 변수를 공유할 수 없다
  • Context Switching에서의 오버헤드
    • 컨텍스트 스위칭 과정에서 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 오버헤드가 발생하게 된다.
    • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당 받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, 컨텍스트 스위칭이 발생하면 캐시에 있는 모든 데이터를 리셋하고 다시 캐시 정보를 불러와야 한다.

IPC

프로세스 간의 통신 방법을 제공한다.

• IPC 기법

  • Message Queue
  • Shared Memory
  • Pipe
  • Signal
  • Semaphore
  • Socket

1. Pipe

   • 단방향 통신
   • fork()로 자식 프로세스 만들었을 때 부모와 자식 간의 통신
   • pipe는 커널 영역에 존재

2. 메시지 큐

   • FIFO이며, 양방향. 어떤 프로세스 간이든 데이터 송수신 가능

3. 공유 메모리

   • 커널 공간에 메모리 공간을 만들고 해당 공간을 변수처럼 사용
   • 메모리 주소를 변수처럼 접근
   • 공유메모리 key로 여러 프로세스가 접근 가능

4. Signal

   • 커널 또는 프로세스에서 다른 프로세스에 어떤 이벤트가 발생되었는지를 알려주는 기법
   • 미리 정의된 이벤트
   • 프로세스 관련 코드에 관련 시그널 핸들로를 등록해서 해당 시그널 처리 실행

5. 소켓

   • 두 개의 다른 컴퓨터 간의 네트워크 기반 통신 위한 기술
   • 2개의 프로세스 간 통신 기법으로 사용 가능

6. 정리

   • 대부분의 IPC 기법은 커널 공간 활용
     • 이유: 커널 공간은 프로세스 간의 공유가 가능

세마포어

스레드 간 전역 변수를 공유하다 보면 동기화 이슈가 발생하는데, 동기화 이슈 해결 방안에는

상호배제 동시 접근 막기 공유 변수에 대해서는 Exclusive Access 필요

뮤텍스와 세마포어

• 임계 영역에 대한 접근을 막기 위해 LOCKING 메커니즘이 필요하다.
  • 뮤텍스: 임계영역에 하나의 스레드만 들어갈 수 있다.
  • 세마포어
    • 임계 영역에 여러 스레드가 들어갈 수 있다.
    • counter를 두어 동시에 리소스에 접근할 수 있는 허용 가능한 스레드 수 제어

페이지 폴트

• 어떤 페이지가 실제 물리 메모리에 없을 때 일어나는 인터럽트
• 운영체제가 페이지 폴트가 일어나면, 해당 페이지를 물리 메모리에 올린다.

감사합니다!