[운영체제] 세마포어의 구현에 관해 질문이 있습니다.
글쓴이: HDNua / 작성시간: 화, 2016/12/06 - 2:06오후
운영체제를 공부하고 있습니다. 세마포어 부분이에요.
동기화를 위해 가장 흔히 사용되는 기법이 바로 세마포어입니다. 프로세스 카운터를 놓고 카운터가 0보다 큰 경우에 정수를 깎으면서 권한을 가져가는 기법이지요.
이들을 위한 P(S) 연산과 V(S) 연산의 정의는 다음과 같습니다.
P(S) {
while (S <= 0)
; // busy waiting
S--;
}
V(S) {
S++;
}이전에는 이 코드가 제대로 도는가에 대해 의문이 있었는데, 책을 보니 이들 연산이 원자적인 연산이라는 것을 알게 되었습니다. (역시 교재가 괜히 있는 게 아니네요)
궁금한 것은, 사용자가 C 언어를 이용해서, 사용자 레벨에서 컴파일러의 도움 없이, 문법만으로 직접 P 연산과 V 연산을 정의할 수는 없는가 하는 것입니다. C는 Java같은 언어와 달리 자체적으로 동기화를 위한 키워드를 제공하지 않는 것으로 알고 있어서요.
단순히 위 모델로만 구현하면, P 연산이 다음과 같은 어셈블리로 번역되었을 때, '6'행에서 스케줄링에 의해 프로그램이 중단하면 다른 프로세스가 두 개 이상 진입할 수 있다고 생각하기 때문입니다.
어셈블리 문법이 기억이 안 나서 MASM이랑 MIPS랑 ARM까지 막 섞여있는 것 같은데 의미가 잘 전달되었으면 좋겠습니다.
1 P: 2 loop: 3 lw r1, S 4 cmp S, 0 5 jbe 0, loop ; S <= 0 -> jump to loop 6 dec r1 7 sw S, r1 ; S = r1 8 ret
읽어주셔서 감사합니다.
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이 글은 다른 커뮤니티에 올린 글을, 더 많은 분의 답변을 받고자 복사한 것입니다.
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OS 수준에서 동작하거나, 혹은 OS의 전폭적인
OS 수준에서 동작하거나, 혹은 OS의 전폭적인 협조를 얻을 수 있는 상황이라면, 현재 코어의 스케줄링을 중지시키고 (멀티코어라면) 다른 코어 역시 모두 일시정지시킴으로써 코드의 일정 구간이 원자적으로 실행되도록 보장할 수 있을 겁니다.
물론 그런 짓을 벌이는 건 무척 비싸죠. 대개의 아키텍처는 그런 짓까지 하지 않아도 원자적으로 수행되는 일련의 명령어들을 제공하고 있어요. 예컨대 Fetch-and-add(https://en.wikipedia.org/wiki/Fetch-and-add) 같은 명령어들 말이죠.
대체로 이런 원자적 명령어들은 "메모리에서 값을 읽고, 변경하고, 다시 써 넣는" 동작을 원자적으로 수행하기 때문에 Read-modify-write, 줄여서 RMW 명령어라고 부르곤 합니다.(https://en.wikipedia.org/wiki/Read-modify-write)
이들 명령어를 이용하면 위의 P, V 연산과 같은 좀 더 고차원의 연산을 안전하게 구현할 수 있지요. 머리를 좀 쓰긴 해야 합니다. (사족이지만, 제 모교 학부 컴퓨터구조 단골 시험문제 중 하나입니다.)
프로그래밍 언어에서 이런 원자적 연산을 지원하느냐, 라는 건 사실 좀 더 미묘한 문제입니다. 예컨대 C++는 표준이 개정되면서 멀티스레드 프로그래밍을 언어 라이브러리 차원에서 지원하기 시작했고, 그 과정에서 원자적 연산 뿐만 아니라 고수준 동기화 메커니즘(mutex 등)까지 지원하기 시작했어요. 당연히 언어 차원에서 제공한다면 그걸 쓰는 게 깔끔합니다. 이식성 개꿀.
C언어 최신 표준이 이런 것을 언어 차원에서 지원하고 있는지, 혹은 앞으로 그럴 예정인지에 대해서는 잘 모르겠군요. 물론 언어 차원에서 직접적으로 지원하지 않는다 해도, 거의 대부분의 컴퓨터 아키텍처에서 기본적인 메커니즘을 지원하므로 어떻게든 갖다 쓸 수는 있을 겁니다. 예컨대...
1) 어셈블리에 능통하다면, 인라인 어셈블리를 쓰세요. x86은 LOCK prefix를, MIPS나 ARM은 Load-link/Store-conditional(https://en.wikipedia.org/wiki/Load-link/store-conditional)를 제공합니다. 이식성과는 가장 거리가 먼 방법이 되겠지만, 꼭 그러고 싶다면야...
2) 컴파일러에 능통하다면, 예컨대 gcc가 atomic builtins를 제공한다는 사실도 아시겠지요.(https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.4.5/gcc/Atomic-Builtins.html)
3) 라이브러리에 능통하다면, 뭐 pthread 같은 거 쓰세요.
이런 종류의 도움을 받지 않겠다면? 글쎄요. 이론적으로 확실히 불가능할 거라고 증명할 수도 있을 것 같은데, 그렇게까지 시간을 들이고 싶진 않네요. 아마 불가능할 겁니다.
내용 추가 : C11에서부터 C언어도 원자적 연산을 지원하는군요. 저도 이번에 찾아보고 새로 알았습니다.
http://en.cppreference.com/w/c/atomic
자세하게 설명해주셔서 정말로 감사드립니다. 링크도 잘
자세하게 설명해주셔서 정말로 감사드립니다. 링크도 잘 읽어볼게요.
저는 이렇게 생각했습니다.
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