세마포어란 ?

세마포어 (Semaphore)는 프로그래밍에서 프로세스 간 동기화 또는 멀티스레딩 환경에서의 자원 접근 제어를 위해 사용되는 중요한 도구입니다. 주로 운영체제나 병렬 처리 시스템에서 사용되며, 프로세스나 스레드가 공유 자원에 대한 접근을 관리하거나 제한하기 위해 사용됩니다.

세마포어의 기본 개념

세마포어는 정수 값을 기반으로 작동하는데, 그 값이 자원의 가용성을 나타냅니다. 세마포어는 두 가지 중요한 연산을 통해 자원 접근을 제어합니다:

1. P(Wait) 연산: 세마포어 값을 감소시키는 연산입니다. 이 연산은 자원이 사용 중일 때는 해당 프로세스를 대기 상태로 만들며, 자원이 이용 가능해지면 세마포어 값을 감소시키고 자원에 접근할 수 있게 합니다.
2. V(Signal) 연산: 세마포어 값을 증가시키는 연산입니다. 자원을 사용한 후, 자원이 반환되었음을 알리고, 다른 대기 중인 프로세스들이 자원에 접근할 수 있도록 세마포어 값을 증가시킵니다.

세마포어의 유형

세마포어는 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다:

1. 이진 세마포어 (Binary Semaphore): 값이 0 또는 1만을 가질 수 있으며, **뮤텍스(Mutex)**와 유사합니다. 자원을 하나만 가질 수 있는 상황에서 사용됩니다.
2. 카운팅 세마포어 (Counting Semaphore): 값이 0 이상인 임의의 정수를 가질 수 있으며, 여러 개의 자원을 동시에 관리할 수 있는 상황에서 사용됩니다. 예를 들어, 특정 자원이 5개 있다면, 세마포어 값은 5에서 시작하고, 자원이 사용될 때마다 값이 줄어듭니다.

세마포어의 사용 예시

세마포어는 주로 임계 구역(Critical Section) 문제를 해결하기 위해 사용됩니다. 예를 들어, 여러 스레드가 동시에 특정 메모리 영역이나 파일에 접근할 때, 그 자원이 동시 사용될 경우 데이터가 손상되거나 예측하지 못한 오류가 발생할 수 있습니다. 이때 세마포어를 사용하면 한 번에 한 프로세스나 스레드만 자원에 접근할 수 있도록 제어할 수 있습니다.

세마포어와 뮤텍스의 차이점

• 세마포어는 여러 프로세스가 자원에 접근할 수 있지만, **뮤텍스(Mutex)**는 오직 하나의 프로세스만 자원에 접근할 수 있습니다.
• 세마포어는 카운팅 기능이 있어 여러 개의 자원을 관리할 수 있으며, 뮤텍스는 오직 하나의 자원만 보호할 수 있습니다.

장점

• 동기화 제어: 세마포어를 통해 다중 프로세스나 스레드 간의 동기화 문제를 해결할 수 있습니다.
• 자원 관리: 공유 자원에 대한 경쟁 상태를 방지하고, 자원이 안전하게 사용될 수 있도록 합니다.

단점

• 교착 상태(Deadlock): 잘못된 세마포어 사용으로 인해 프로세스가 서로 자원을 기다리면서 영원히 멈추는 교착 상태가 발생할 수 있습니다.
• 기아 상태(Starvation): 특정 프로세스가 자원에 계속 접근하지 못해 작업이 끝나지 않는 상황이 발생할 수 있습니다.