[OS] Semaphore . ( feat. IPC, mutex ... )

Semaphore 도 IPC로 분류가 되는데, 앞서 알아봤던 Message Queue, Shared Memory와 같이 서로다른 프로세스간 데이터 전송을 목적으로 둔 것이 아니다.

Semaphore 은 프로세스간 데이터를 동기화하고 보호하는데 목적을 둔다.

그런데 왜 IPC로 분류를 할까 ?
Semaphore 도 결국 서로다른 프로세스간 통신을 함에 있어서 동기화 문제를 해결하기 위해 사용되기 때문이다. 결국 프로세스간 통신을 함에 있어서 사용되는지 여부가 중요한 것이다. (?)

 

Semaphore 의 과정

 - 세마포어 생성

 - 임계구역 잠금

 - 공유자원 사용

 - 임계구역 잠금해제

 - 세마포어 제거

위 5가지 과정을 통해 Semaphore을 이용해 서로다른 프로세스간의 통신에서 동기화 문제를 해결한다.

 

이 때 Linux에서 Semaphore는 POSIX 기반, System V 기반으로 나뉘어진다.

 

[ System V Semaphore ]

 int semget(key_t key, int nsems, int semflag);

   - key : key는 semaphore을 식별할 수 있는 식별자.

     nsems : semaphore의 개수. ( 열쇠의 개수라 생각하면된다. )

     semflag : O_CREAT, O_EXCL, 0666 등의 semaphore의 플래그.

 

  int semop(int semid, struct sembuf* buf, unsigned int nsops);

    - semid : semget을 통해 생성된 semaphore을 구별하기 위한 반환값.

      buf : 해당 semaphore에 특정 연산을 하기 위해 주어지는 구조체.

             struct sembuf* sembuf = { 0, 1, SEM_UNDO };        // 각각 Index, 증감값, flag 이다.

             struct sembuf* sembuf2 = { 0, -1, SEM_UNDO };

             와 같이 정의해둔 뒤 인자로 준다.

      nsops : 변경하고자하는 세마포어의 개수.

 

  int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun buf);

     - semnum : Semaphore의 인덱스이다. ( semget에서 한 개만 했을 시 0 )

       cmd : IPC_STAT, IPC_SET, IPC_RMID, SETVAL, ... ( 등등 많더라.. )

       buf : IPC_STAT 했을 시 읽어온 Semaphore의 정보를 저장할 구조체 변수.

     - union semun semunBuf;

       semunBuf.val = [ 0 | 1 ];

       semctl(semid, index, SETVAL, semunBuf); 와 같이 세마포어의 값을 변경할 수도 있다.

          

 

 

[ POSIX Semaphore ]

 - POSIX Semaphore은 또 2가지로 분류된다.

   하나는 이름을 가지는 named semaphore, 다른 하나는 익명으로 수행되는 unnamed semaphore이다.

   

[ POSIX Named Semaphore ]

 sem_t* sem_open(const char* name, int oflag, mode_t mode, int value);

   - name : Semaphore를 구분하기위한 이름.

     oflag : O_CREAT, O_EXCL 와 같은 flag.

     mode : Semaphore에 부여하는 권한.

     value : Semaphore에 부여하는 초기값.

 

 int sem_wait(sem_t* semid);

   - Semaphore의 count를 1감소 시키고, 0일경우 Block해 접근하지 못하도록 한다.

 

 int sem_post(sem_t* semid);

   - Semaphore의 count를 1증가 시킨다. 

 

 int sem_unlink(const char* name);  - 해당 이름의 Semaphore을 해당 프로세스에서 분리.

 int sem_close(sem_t* semid);         - 한쪽 프로세스에서만 수행하면된다.

  ( 반드시 unlink를 하고 close를 해야된다. )

 

 

[ POSIX unNamed Semaphore ]

 - unnamed semaphore은 당연히 하나의 파일에서만 가능하다.

   다른 프로세스와 통신을 허용하다고 하더라도 fork를 이용한 경우에만 가능하다.

 

 

 int sem_init(sem_t* sem, int pshared, unsigned int value);

   - sem : Semaphore 변수의 주소값. ( sem_t sem → &sem )

     pshared : 다른 프로세스와 공유하는가에 대한 옵션.

     value : Semaphore 의 초기 값.

 

 이후에는 sem_wait, sem_post를 동일하게 사용하면 된다.

 

 int sem_destroy(sem_t* sem);

 

 

 

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* System V Semaphore와 POSIX Semaphore의 차이점.

 - System V가 POSIX에 비해 조금 더 고전적이고 어려운 편이다.

 - System V가 POSIX에 비해 성능이 조금 안좋다.

 - System V와 다르게 POSIX는 named와 unnamed가 나뉘어져 있다.

 

 

* Semaphore와 Mutex의 차이점.

 - 간단하게 말하면 mutex는 하나의 프로세스에서 여러 개의 스레드간의 동기화처리를 위해 존재하고,

   semaphore는 서로 다른 여러 개의 프로세스간의 동기화 처리를 위해 존재한다.

 - 추가적인 차이점은 아래 내용을 참고하자.