[CS기초] Semaphore와 Mutex, 동시성 제어의 핵심 도구

Semaphore와 Mutex, 동시성 제어의 핵심 도구

운영체제에서 동시성(Concurrency)은 여러 프로세스나 스레드가 CPU를 번갈아 사용하며 실행되는 환경을 의미합니다. 이때 공유 자원(Shared Resource)을 동시에 접근하게 되면 경쟁 상태(Race Condition)가 발생할 수 있는데요. 이를 해결하기 위해 사용하는 대표적인 도구가 바로 Semaphore와 Mutex입니다.

 

 

핵심 개념 요약

항목	Semaphore (세마포어)	Mutex (뮤텍스)
목적	자원 개수 제어	임계 구역 보호
값의 범위	0 이상 (N ≥ 1)	0 또는 1
소유 개념	없음	소유한 스레드만 unlock 가능
사용 예시	제한된 리소스 관리 (ex. DB 커넥션)	공유 변수 보호
구현 방식	wait() / signal()	lock() / unlock()

 

Semaphore / Mutex 깊이 들어가기

• Semaphore는 카운팅 세마포어와 바이너리 세마포어로 나뉜다.
  • 카운팅 세마포어는 동시에 접근 가능한 자원의 개수를 관리한다.
  • 바이너리 세마포어는 사실상 Mutex와 유사하게 동작한다.
• Mutex 는 스레드 간 상호 배제를 보장하며, 일반적으로 한 번에 하나의 스레드만 임계 구역에 진입할 수 있도록 보장한다.

 

간단한 코드 비교

// Mutex 예시
pthread_mutex_t lock;

pthread_mutex_lock(&lock);		// 공유 자원 접근 시 락 걸기
/* 공유 자원 사용 */
pthread_mutex_unlock(&lock);	// 사용 후 락 풀기


// Semaphore 예시
sem_t sem;

sem_wait(&sem);  // 공유 자원 획득
/* 공유 자원 사용 */
sem_post(&sem);  // 공유 자원 반환

 

 

요약 정리

• Mutex는 1개의 리소스를 보호한다.
• Semaphore는 여러 개의 자원을 제어한다.

 

마치면서

Semaphore와 Mutex는 운영체제의 동시성 제어에서 빠질 수 없는 핵심 개념입니다. 비슷해 보이지만 용도와 동작 방식에 차이가 있기 때문에 상황에 따라 적절한 선택을 하는 것이 중요하지요. 두 개념의 차이를 이해하는 순간, 동시성 제어는 더 이상 추상적인 개념이 아니게 됩니다.