[OS] Ch6. 연습문제

4. 동기화 프리미티브가 사용자 수준 프로그램에서 사용되는 경우, 단일 처리기 시스템에서 인터럽트 불능을 이용하여 동기화 프리미티브를 구현하는 것이 왜 부적당한지 설명하시오.

• 만약 사용자 수준에서 인터럽트 불능을 할 수 있다면 문맥 교환을 막거나 타이머 인터럽트를 불능 시킬 수 있기 때문에 다른 프로세스가 실행 되지 않을 수 있다.

5. 다중 처리기 시스템을 위한 동기화 프리미티브를 구현할 때 인터럽트를 사용하는 것이 부적합한 이유를 설명하시오.

• 다중 처리기 시스템에서 인터럽트를 사용하는 것은 효율적이지 않다. 인터럽트가 하나의 코어에서만 작동한다면 다른 프로세스들이 공유 자원에 접근하게 되기 때문에 동기화가 되지 않을 것이다. 모든 코어에서 작동하게 된다면 모든 프로세스들에서 I/O 작업, task dispatching 등도 같이 멈추기 때문에 CPU 사용률이 현저히 떨어지게 될 것이다.

6. Linux 커널은 정책적으로 세마포를 획득하려고 시도 중인 프로세스는 스핀락을 가질 수 없게끔 제한한다. 이 정책이 사용되는 이유는 무엇인가?

• 스핀락은 다른 프로세스가 짧은 시간 동안 점유 할 경우에 주로 사용된다. 세마포는 문맥 교환을 2번 하는게 더 나은 경우에 쓰이기 때문에, 그만큼 오랜 시간동안 임계 구역을 점거한다는 의미이다. 따라서 세마포를 획득하려고 시도 중이라면, 그만큼 많은 시간을 필요로 하는 프로세스이기 때문에 스핀락은 효율적이지 못한 정책이다.

7. 경쟁 조건이 발생할 가능성이 있는 커널 자료구조 2개를 기술하시오. 경쟁 조건이 어떤 경우에 발생할 수 있는지에 대한 설명이 반드시 포함되어야 한다.

• 메모리 할당을 관리하는 자료구조
  • 같은 주소 번지에 할당하려고 할 때 경쟁 조건이 발생할 수 있다.
• 프로세스 리스트를 유지하는 자료구조
  • 프로세스가 동시에 생성되는 경우 pid를 부여 할 때 경쟁 조건이 발생할 수 있다.

11. 시스템이 다중 처리 코어를 가지고 있다고 가정하자. 다음 각 시나리오에 대해 스핀락과 mutex락 중 어떤 것이 더 좋은 락킹 기법인지 설명하시오. mutex락은 기다리는 프로세스가 락의 사용이 가능해질 때까지 기다리는 동안 수면상태에 들어가게 된다.

• 락은 짧은 동안만 사용된다.
  • 스핀락
• 락은 긴 시간 동안 사용된다.
  • 뮤텍스
• 스레드가 락을 가진 채로 수면 상태로 들어갈 수 있다.
  • 뮤텍스

19. 동일한 유형의 동기화 문제를 푸는 데 사용될 수 있다는 측면에서 모니터와 세마포가 동등함을 보이시오.

• 모니터 내부의 프로세스들 중 하나만이 활성화 되고 나머지는 대기한다는 측면에서 세마포도 signal과 wait을 사용하여 프로세스의 실행 순서를 정할 수 있다. 프로세스간 실행 순서를 정해 두면 하나의 프로세스가 끝나기 전까지는 다른 프로세스가 끝나지 않으므로 동기화 문제를 해결할 수 있다.
• 둘 다 counter와 waiting queue를 사용한다. 모니터는 resource를 캡슐화 할 수 있으므로 좀 더 나은 방안이다.

23. 모니터의 signal() 연산과 세마포에서 정의한 signal() 연산이 어떻게 다른지 설명하시오.

• 모니터의 signal()은 하나의 보류된 프로세스를 재개 시킨다. 보류된 프로세스가 없다면 아무런 동작을 하지 않는것과 같다.
• 세마포의 signal()은 락을 방출하는 행위이다. 기다리는 프로세스가 없더라도 semaphore의 값이 하나 올라간다.

What is the meaning of busy waiting? What are the other kinds of waiting in operating system? Can busy waiting be avoided altogether? Explain.

• 바쁜 대기란 프로세서를 포기하지 않고 계속 루프 문을 돌면서 조건을 만족하기를 기다리는 것이다.
• 프로세서가 해당 프로세스를 포기 하고 적합한 때에 다시 깨우는 대기 방법도 있다.
• 바쁜 대기를 피할 순 있지만, 프로세스를 재우고 깨우는 데에 오버헤드가 발생할 수 있기 때문에 짧은 시간을 가지는 프로세스에서는 바쁜 대기를 사용하는 것이 좋다.

Explain why spinlocks are not appropriate for single processor systems yet are often used in multiprocessor environments.

• 싱글코어에서는 하나의 프로세스만이 실행 될 수 있다. 따라서 스핀락을 종료하려면 문맥 교환을 통해 다른 프로세스를 실행하는 방법 밖에 없다. 스핀락은 의미 없는 행위이다.