뮤텍스(Mutex)와 모니터(Monitor) 그리고 세마포어(Semaphore)
1. 뮤텍스 (Mutex)
뮤텍스는 "Mutual Exclusion"의 줄임말로, 상호 배제를 의미합니다. 이는 한 번에 하나의 스레드만 특정한 코드를 실행할 수 있게 하는 동기화 기술입니다. 이 기술은 특히 공유 자원에 대한 동시 접근을 제어하는데 사용됩니다.
예를 들어, 두 개의 스레드가 동시에 같은 메모리 위치를 수정하려고 시도하면 예측 불가능한 결과가 발생할 수 있습니다. 뮤텍스는 이런 상황을 방지하며, 하나의 스레드만이 특정 시점에서 공유 자원을 사용할 수 있게 합니다.
2. 모니터 (Monitor)
모니터는 고급 동기화 기법으로, 하나의 프로세스 또는 스레드만이 공유 자원을 접근할 수 있게 하는 메커니즘입니다. 모니터는 뮤텍스와 비슷하게 작동하지만, 모니터는 상호 배제를 보장하는 메소드와 변수의 집합으로 구성된 추상 데이터 유형으로 볼 수 있습니다.
모니터 내부의 모든 메소드는 한 번에 하나의 스레드만 실행할 수 있으므로, 모니터를 사용하는 스레드는 동시에 실행될 때 발생할 수 있는 문제를 걱정하지 않아도 됩니다.
모니터의 작동 원리를 보여주는 다이어그램:
이 두 가지 동기화 기술은 병렬 컴퓨팅에서 중요한 역할을 합니다. 뮤텍스와 모니터는 모두 공유 자원의 동시 접근을 제어하며, 뮤텍스는 단일 코드 섹션에 대해 동시성을 제어하고, 모니터는 그것을 더 큰 추상화 수준으로 확장합니다. 이 둘은 동시성 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있지만, 잘못 사용되면 복잡한 버그를 초래할 수 있습니다. 따라서 이들 기술을 사용할 때는 주의가 필요합니다.
3. 뮤텍스(Mutex), 모니터(Monitor), 세마포어(Semaphore) 비교
뮤텍스와 모니터는 모두 공유 자원의 동시 접근을 제어하는 동기화 메커니즘입니다. 그러나 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다.
추상화 수준: 뮤텍스는 상대적으로 저수준의 동기화 메커니즘입니다. 뮤텍스는 한 번에 하나의 스레드만이 특정 코드 섹션을 실행하도록 하는 반면, 모니터는 이 개념을 더 확장하여 상호 배제를 보장하는 메소드와 변수의 집합으로 구성된 추상 데이터 유형을 제공합니다.
조건 변수 지원: 모니터는 조건 변수를 지원합니다. 이는 스레드가 특정 조건이 충족될 때까지 대기할 수 있게 합니다. 뮤텍스는 이러한 기능을 제공하지 않습니다.
언어 지원: 뮤텍스는 대부분의 프로그래밍 언어에서 지원되지만, 모니터는 언어에 따라 다르게 지원됩니다. 예를 들어, Java는 'synchronized' 키워드를 통해 모니터를 지원합니다.
| 뮤텍스 (Mutex) | 모니터 (Monitor) | 세마포어 (Semaphore) | |
| 추상화 수준 | 중간 수준: 락을 잠그고 해제하는 간단한 동작 제공 | 높은 수준: 락 메커니즘, 조건 변수 및 그에 대한 대기-알림 메커니즘 제공 | 낮은 수준: 특정 수의 허용 스레드를 지정할 수 있는 동기화 도구 |
| 조건 변수 지원 | 뮤텍스는 조건 변수를 지원하지 않습니다. | 모니터는 조건 변수를 지원하여 스레드가 특정 조건이 충족될 때까지 대기할 수 있게 합니다. | 일반적으로 지원 안 함: 하지만 세마포어를 활용해 구현 가능 |
| 언어 지원 | 뮤텍스는 대부분의 프로그래밍 언어에서 지원됩니다. | 모니터는 언어에 따라 다르게 지원되며, 예를 들어 Java는 'synchronized' 키워드를 통해 모니터를 지원합니다. | 대부분의 병렬 프로그래밍 언어 지원 (예: C++, Java, Python 등) |
4. 뮤텍스(Mutex)와 모니터(Monitor)의 사용 사례
뮤텍스 사용 사례: 데이터베이스 시스템에서 뮤텍스는 공유 자원에 대한 동시 접근을 제어하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 두 개의 스레드가 동시에 같은 레코드를 업데이트하려고 시도할 때, 뮤텍스는 이런 상황을 방지하며, 하나의 스레드만이 특정 시점에서 레코드를 업데이트할 수 있게 합니다.
모니터 사용 사례: 모니터는 복잡한 동기화 문제를 해결하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 생산자-소비자 문제에서 모니터는 생산자와 소비자 스레드 사이의 동기화를 관리할 수 있습니다. 생산자는 버퍼가 가득 차면 대기하고, 소비자는 버퍼가 비어 있으면 대기하게 됩니다.