공유 메모리를 통해서 프로세스 간 통신을 하는 등의 공유된 자원에 여러 개의 프로세스가 동시에 접근을 하면, 데이터가 손상될 수 있음
여러 개의 프로세스에 의해 공유되는 자원의 접근 제어를 위한 도구임
커널에서 전역적으로 관리함
경쟁 상태
여러 개의 프로세스가 공유된 자원에 동시에 접근하는 경우에 데이터를 사용하기 위해 경쟁하는 현상
임계영역
여러 개의 프로세스에 의해 접근되는 공유 영역
손상되지 않게 보호되어야 하는 자원가 연산을 포함한 영역
동기화
경쟁 상태를 해결하기 위해 프로세스의 동작을 제어하는 프로토콜
세마포어의 작동 원리
세마포어는 상호 배제 알고리즘으로 임계영역의 자원을 보호함
차단을 원하는 자원에 대해서 세마포어를 생성하면, 해당 자원을 가리키는 세마포어가 할당됨
세마포어 값을 검사하여, 자원에 접근할 수 있는지 여부를 결정함
세마포어 값이 0인 경우에, 임계영역의 자원에 접근할 수 없음
세마포어 값이 0 보다 큰 정수인 경우에, 해당 정수의 크기만큼 프로세스가 접근할 수 있음
세마포어의 값이 1인경우로 예를 들어봄
프로세스가 임계영역의 자원에 접근하면, 세마 포어의 값을1 감소시켜 다른 프로세스의 접근을 방지함
자원 사용을 종료하면 세마포어 값을 1 증가시켜 다른 프로세스의 접근을 허가함
IPC키 회득
세마포어 생성
임계영역 잠금
공유자원사용
임계영역 해제
세마포어 제거
세마포어 함수
ftok()
semget()
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
int semget(key_t key, int nsems, int semflags);
설명
세마포어 또는 세마포어 집합을 생성하고 접근할 수 있는 식별자를 반환함
인자
key : 세마포어 또는 세마포어 집합을 식별하는 키값
nsems : 생성하고자 하는 세마포어의 개수
최초로 세마포어를 생성하는 생성자의 경우에는 보통 1을 사용함
그 외의 세마포어를 사용하는 소비자의 경우에 0을 사용함
semflags : 세마포어의 생성에 관한 플래그
반환
성공하면, 세마포어 식별자 또는 세마포어 집합 식별자
실패하면 -1
struct sembuf
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
struct sembuf
{
short sem_num; // 세마포어 집합의 인덱스 사이즈
short sem_op; // 세마포어 연산
short sem_flg; // 연산 옵션
};
sem_num
세마포어 집합의 인덱스 사이즈
보통 하나의 세마포어를 지정해서 사용하므로 0을 사용함
sem_op
세마포어 연산 동작
양의 정수인 경우에 세마포어 값을 해당 정수만큼 증가시킴 (다른 프로세스의 접근을 허용함)
보통 1을 사용
음의 정수인 경우에 세마포어 값을 해당 정수의 절대값만큼 감소 시킴
보통 -1을 사용
sem_flg
세마포어 연산 동작에 관한 플래그
IPC_NOWAIT
임계영역에 접근 할 수 없는 경우에 대기하지 않음
SEM_UNDO
프로세스가 세마포어를 반환하지 않고 종료하는 경우에 커널에서 스스로 세마포어 값을 증가 시킴
semop()
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
int semop(int semid, struct sembuf * buf, unsigned int nsops);
설명
세마포어 또는 세마포어 집합의 값을 변경함
인자
semid : 세마포어의 식별자
buf : 세마포어 연산을 저장한 메모리 영역의 주소
nsops : 변경하고자 하는 세마포어의 개수
반환
성공하면 0
실패하면 -1
struct semid_ds
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
struct semid_ds
{
struct ipc_perm sem_perm; // 퍼미션
struct sem *sem_base; // 집합의 첫번째 세마포어를 가리키는 포인터
time_t sem_otime; // 마지막 연산 시간
time_t sem_ctime; // 마지막 변경 시간
unsigned short sem_nsems; // 세마포어 개수
};
union semun
사용자 정의 공용체
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short int *array;
};
semctl()
#include <sys/sem.h>
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun buf);
설명
세마포어 또는 세마포어 집합을 제어함
인자
semid : 세마포어의 식별자
semnum : 세마포어 집합에서 해당 세마포어의 인덱스
cmd : 제어 동작에 관한 플래그
GETVAL : 세마포어를 값을 지정한 메모리 공간에 저장함.
GETPID : 세마포어를 가장 최근에 사용한 프로세스의 PID를 지정한 메모리 공간에 저장함
GETNCNT : 세마포어 값이 증가하기를 기다리는 프로세스의 개수를 지정한 메모리 공간에 저장함
GETZCNT : 세마포어 값이 0이 되기를 기다리는 프로세스의 개수를 지정한 메모리 공간에 저장함
GETALL : 세마포어 집합의 모든 세마포어 값을 지정한 메모리 공간에 저장함
SETVAL : 세마포어 값을 설정함
SETALL : 세마포어 집합의 모든 세마포어 값을 설정함
IPC_RMID : 지정한 세마포어를 제거함
IPC_SET : 세마포어의 정보를 지정한 정보로 변경함
IPC_STAT : 세마포어의 정보를 지정한 메모리 공간에 저장함
buf : 제어에 사용되는 공용체
반환
성공하면 0
실패하면 -1
예시
shm 헤더 (MyShm.h)
#ifndef __MYSHM_H__
#define __MYSHM_H__
#define SHM_MAX_SIZE 512
#define SHM_PERMS 0600
#define MY_SHM_KEY 1234
int creatShm(int key);
int openShm(int key);
int closeShm(int shmid);
#endif // !__MYSHM_H__AKG
#include "MyShm.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
int creatShm(int key){
int shmid = shmget((key_t)key, SHM_MAX_SIZE,
IPC_CREAT|IPC_EXCL|SHM_PERMS);
if(shmid == -1){
perror("createShm() error");
exit(0);
}
return shmid;
}
int openShm(int key){
int shmid = shmget((key_t)key,SHM_MAX_SIZE,IPC_CREAT);
return shmid;
}
int closeShm(int shmid){
return shmctl(shmid, IPC_RMID,0);
}
sem 헤더 (MySem.h)
#ifndef __MYSEM_H__
#define __MYSEM_H__
#define SEM_MAX_NUM 1
#define SEM_ERMS 0600
#define MY_SEM_SERV_KEY 1357
#define MY_SEM_CLNT_KEY 2468
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short int *array;
};
int creatSem(int key);
int openSem(int key);
int lockSem(int semid);
int unlockSem(int semid);
int closeSem(int semid);
#endif // !__MYSEM_H__
#include "MySem.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/types.h>
int creatSem(int key){
int semid = semget((key_t)key, SEM_MAX_NUM,IPC_CREAT|SEM_ERMS);
if(semid == -1){
perror("creatSem() error");
exit(0);
}
return semid;
}
int openSem(int key){
int semid = semget((key_t)key, SEM_MAX_NUM, IPC_CREAT);
return semid;
}
int lockSem(int semid){
struct sembuf buf = {0,-1,SEM_UNDO};
return semop(semid , &buf, SEM_MAX_NUM);
}
int unlockSem(int semid){
struct sembuf buf = {0,1,SEM_UNDO};
return semop(semid, &buf, SEM_MAX_NUM);
}
int closeSem(int semid){
return semctl(semid, 0,IPC_RMID,0);
}
