상호배제

상호배제(Mutual Exclusion)란 다중 프로세스 환경에서, 여러 프로세스가 동시에 공유 자원에 접근하지 못하도록 하는 제어 메커니즘입니다. 특히, 공유 자원(critical resource)이 동시에 여러 프로세스에 의해 접근될 경우 데이터 불일치 문제나 충돌이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 상호배제는 필수적입니다.

1. 상호배제의 필요성

• 데이터 무결성: 여러 프로세스가 동시에 동일한 자원에 접근할 경우, 데이터의 일관성이 깨질 수 있습니다.
• 교착 상태(Deadlock) 예방: 자원을 독점적으로 사용하도록 보장함으로써 교착 상태의 위험을 줄일 수 있습니다.
• 경쟁 상태(Race Condition) 방지: 공유 자원 접근 시점에 따라 결과가 달라지는 경쟁 상태를 방지합니다.

2. 상호배제 구현 방법

상호배제를 구현하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

1. 락(Lock): 프로세스가 자원에 접근하기 전에 '락'을 걸어 다른 프로세스의 접근을 차단합니다.
2. 세마포어(Semaphore): 카운터를 사용해 자원 접근 가능 여부를 제어합니다.
3. 모니터(Monitor): 상호배제를 보장하기 위한 고수준의 동기화 메커니즘입니다.
4. 뮤텍스(Mutex): 락과 유사하지만, 자원 소유권을 가지는 프로세스만 해제할 수 있는 특징이 있습니다.

3. 상호배제 조건

상호배제를 보장하기 위해 다음의 네 가지 조건이 필요합니다.

• 상호 배제(Mutual Exclusion): 한 번에 하나의 프로세스만 자원에 접근할 수 있어야 합니다.
• 진입 대기(Fair Waiting): 자원 요청은 공정하게 처리되어야 하며, 무한 대기가 없어야 합니다.
• 기아 상태 방지(Avoid Starvation): 프로세스가 자원 요청을 무한정 기다리지 않도록 해야 합니다.
• 데드락 방지(Deadlock Avoidance): 자원 경쟁으로 인해 프로세스가 영원히 블록되지 않아야 합니다.

4. 관련 예시

• 파일 쓰기 작업: 여러 프로세스가 동시에 동일한 파일에 쓰기 작업을 할 경우, 파일이 손상될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 상호배제를 적용하여 한 번에 하나의 프로세스만 접근하도록 제어합니다.

상호배제는 멀티프로세스 환경에서 안전하고 안정적인 시스템을 구현하기 위한 필수 요소로, 다양한 기법과 조건을 통해 효과적으로 관리할 수 있습니다.