뮤텍스(상호 배제)
Mutex (Mutual Exclusion) 정의
뮤텍스는 "서로 배제"의 약자인데, 특정 리소스나 코드의 부분에 한 번에 하나의 프로세스만 접근할 수 있도록 보장하는 프로그래밍 구조입니다. 이는 소프트웨어 개발에서 여러 스레드가 동시에 공유 데이터를 수정하는 것을 방지하기 위해 사용됩니다. 그렇지 않으면 프로그램에서 예측할 수 없는 오류가 발생할 수 있습니다.
핵심 개념
- 뮤텍스는 다중 스레드 응용 프로그램에서 하나의 스레드에게 독점적인 접근을 허용하며 다른 스레드들을 차단함으로써 공유 자원에 대한 접근을 동기화하는 방법을 제공합니다.
- 뮤텍스는 보통 하드웨어 지원이나 원자적 연산이나 시스템 호출과 같은 운영 체제 기본 요소를 사용하여 구현됩니다.
- 뮤텍스는 단일 프로세스 내에서 생성하고 사용할 수 있으며, 동시에 여러 프로세스 간에 공유할 수 있습니다.
뮤텍스 작동 방식
여러 스레드나 프로세스가 공유 자원에 접근해야 할 때 먼저 관련된 뮤텍스를 획득해야 합니다. 다른 스레드가 이미 뮤텍스를 획득한 경우, 요청하는 스레드는 뮤텍스가 해제될 때까지 차단됩니다. 자원을 더 이상 필요로 하지 않게 되면 스레드가 뮤텍스를 해제하여 다른 스레드가 이를 획득할 수 있도록 합니다.
뮤텍스의 올바른 사용을 보장하기 위해 다음 지침을 따라야 합니다:
- 항상 공유 자원에 접근하기 전에 뮤텍스를 획득하십시오.
- 공유 자원 작업을 마친 후 뮤텍스를 해제하십시오.
- 경쟁을 최소화하고 성능을 개선하기 위해 뮤텍스를 오랫동안 유지하지 마십시오.
- 데드락을 피하기 위해 일관된 순서로 뮤텍스를 획득하고 해제하십시오.
예제
예제 1:
같은 계좌에서 여러 스레드가 돈을 인출할 수 있는 은행 응용 프로그램을 고려해 보십시오. 경쟁 조건을 방지하고 계좌 잔액이 올바르게 업데이트되도록 보장하기 위해 뮤텍스를 사용할 수 있습니다:
```python class BankAccount: def init(self, balance): self.balance = balance self.mutex = Mutex()
def withdraw(self, amount):
self.mutex.acquire()
if self.balance >= amount:
self.balance -= amount
print("인출 성공. 남은 잔액:", self.balance)
else:
print("잔액 부족.")
self.mutex.release()
account = BankAccount(1000)
```
이 예제에서 producer 함수는 뮤텍스를 획득하고 공유 queue에 항목을 추가한 뒤 뮤텍스를 해제합니다. 유사하게 consumer 함수는 뮤텍스를 획득하고, queue가 비어있지 않으면 항목을 제거하여 처리하고 뮤텍스를 해제합니다.
추가 참고 사항
- 뮤텍스는 동시 프로그래밍에서 기본적인 동기화 원시 도구이며 운영 체제, 데이터베이스 관리 시스템, 네트워킹 프로토콜을 포함한 다양한 응용 프로그램에서 널리 사용됩니다.
- 뮤텍스는 공유 자원을 안전하게 관리할 수 있는 단순하고 효과적인 방법을 제공하지만, 잘못된 사용은 데드락이나 우선순위 역전과 같은 문제를 초래할 수 있습니다.
- 데드락은 여러 스레드가 서로가 가지고 있는 뮤텍스를 해제하기를 무한정 기다릴 때 발생하여 시스템이 응답하지 않게 되는 상황입니다.
- 우선순위 역전은 낮은 우선순위의 스레드가 뮤텍스를 보유하여 높은 우선순위의 스레드가 실행되지 못하게 하는 경우 발생할 수 있으며, 이는 우선순위 역전과 잠재적인 성능 저하로 이어질 수 있습니다.
관련 용어
- Semaphore: 다중 스레드 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 관리하기 위해 사용되는 또 다른 동기화 메커니즘.
- Race Condition: 여러 스레드 또는 프로세스가 공유 데이터를 접근하는 상대적 타이밍에 따라 프로그램의 결과가 달라지는 상황.
- Concurrency: 프로그램의 서로 다른 부분이나 단위가 최종 결과에 영향을 미치지 않고 비동기적으로 또는 일부 순서대로 실행될 수 있는 능력.