[운영체제] Testset 인스트럭션

 

 

이전에 Race Condition을 해결해주기 위해 Atomic Operation을 해주거나, 소프트웨어적인 방법으로 Mutual Exclusion을 보장해주었다. 하지만, 이러한 방법들은 실제로 위험하거나 많은 오버헤드를 동반하기 때문에 실제로는 잘 쓰지 않는다.

 

 

따라서 실제로는 하드웨어의 도움을 받아 Mutual Exclusion을 보장해주는데 이에 대해 자세히 살펴보도록 하자.

 

 

 

Testset 인스트럭션

 

 

이전에 살펴보았던 소프트웨어적인 코드 먼저 확인해보자.

 

do {
    choosing[i] = true;
    number[i] = max(number[0], number[1], ..., number[n-1]) + 1;
    choosing[i] = false;
    for(j = 0; j < n; j++) {
        while(choosing[j]);
        while((number[j] != 0) && (number[j], j) < (number[i], i));
    }
    // critical section
    number[i] = 0;
    // remainder section
} while (TRUE);

 

모든 프로세스마다 위와 같은 코드가 탑재되어 있으며, 각 프로세스에서 Flag를 통해 내가 지금 Critical 영역에 들어가 있음을 확인시켜주어야 한다.

 

 

이전에 말했던 바와 같이 이러한 코드는 많은 오버헤드를 발생시키고, 관심사의 분리가 제대로 이루어지지 않는다.

하드웨어적인 방법으로 Mutual Exclusion을 해결해 보도록 하자.

 

 

boolean testset(i) {
    if (i == 0) {
        i = 1;
        return 1;
    } else {
        return 0;
    }
}

 

 

각 프로세스가 각자 자신이 Critical Section에 들어가 있는 지 확인하는 방법 대신, 하드웨어에서 Critical Section의 자리가 채워져 있는 지 확인한다.

 

 

즉, 해당 testset함수와 변수들은 하드웨어 영역안에 구현되어 있다.

 

 

_testset_ 함수가 실행되는 동안, 하드웨어의 지원을 받아 interrupt가 발생하지 않고 atomic 하게 실행한다. 이는 Mutual Exclusion을 위해 Critical Section 전체를 atomic하게 실행시키는 것과는 완전히 다른 속도다. 또한 사용자 단에서 atomic 하게 실행하지 않고, 하드웨어 단에서 atomic하게 실행하기에 보다 안전하다.

 

 

const int n = /* number of processes */
int bolt;
void P(int i) {
    while (true) {
        while(!testset(bolt))
        /* critical section */
        bolt = 0;
        /* remainder */
    }
}

void main() {
    bolt = 0;
    parbegin (P(1), P(2), ... , P(n));
}

 

 

이제 testset을 entry section에 넣어주었다. 보다 코드가 간결해졌으며 전보다 관심사가 분리되었다.

 

 

 

 

 

Testset 인스트럭션의 장/단점

 

 

장점

• 싱글 프로세스이든, 멀티 프로세스이든 상관없이 Mutual Exclusion을 지킬 수 있다.
• 간단하고, 식별하기 쉽다.

 

단점

• Busy wating은 여전히 있다.
• 이론상으로 Bounded Wating이 지켜지지 않을 수 있다.
  • 실제로는 거의 없다고 한다.
• DeadLock이 발생할 수 있다.
  • 우선순위가 낮은 프로세스와 높은 프로세스 사이에서 발생한다. 발생하는 상황은 다음 조건을 만족시켜야 한다.
    • 낮은 프로세스가 인터럽트로 인해 높은 프로세스로 CPU 제어권이 뺏긴 상황
    • 이때, 낮은 프로세스가 Critical Section에 있는 상황
    • 높은 프로세스는 Busy Wating하며 Critical Section으로 들어갈 수 없다.
    • 하지만 낮은 프로세스 또한 우선순위가 낮아 CPU 제어권을 찾아올 수 없다.