뮤텍스 락

뮤텍스 락 (Mutex Locks)

뮤텍스 락은 임계 구역을 보호하고 경쟁 조건(Race Condition)을 방지하는 데 사용되는 가장 간단한 동기화 도구입니다. '뮤텍스(mutex)'는 상호 배제(mutual exclusion)의 줄임말입니다.

기본 개념

뮤텍스 락을 사용하려면 프로세스가 임계 구역에 들어가기 전에 락을 **획득(acquire)**해야 하고, 임계 구역에서 나올 때 락을 **해제(release)**해야 합니다¹.

뮤텍스 락은 available이라는 불리언 변수를 가집니다.

• available이 true이면 락을 획득할 수 있습니다. 락이 획득되면

  available은 false로 설정됩니다².

• 락이

  available하지 않을 때(즉, false일 때) 락을 획득하려는 프로세스는 락이 해제될 때까지 블록됩니다³.

acquire()와 release() 함수는 원자적으로(atomically) 수행되어야 합니다. 이는 이들 함수가 실행되는 동안 다른 어떤 프로세스도 동일한 뮤텍스 락의 값을 동시에 수정할 수 없음을 의미합니다⁴.

바쁜 대기(Busy Waiting) 문제

여기서 설명된 뮤텍스 락 구현의 주된 단점은 **바쁜 대기(busy waiting)**를 수반한다는 점입니다⁵. 프로세스가 임계 구역에 있는 동안, 다른 프로세스가 임계 구역에 진입하려고 하면

acquire() 호출에서 계속해서 루프를 돌며 대기합니다⁶. 이는 CPU 자원을 낭비하며, 특히 단일 CPU 코어를 여러 프로세스가 공유하는 다중 프로그래밍 시스템에서 문제가 됩니다⁷.

스핀락(Spinlocks)

이러한 뮤텍스 락을 **스핀락(spinlock)**이라고도 부르는데, 프로세스가 락을 얻기 위해 '스핀(spin)'하며 기다리기 때문입니다⁸. 스핀락은 프로세스가 락을 기다리는 동안 문맥 교환(context switch)이 필요하지 않다는 장점이 있습니다⁹. 문맥 교환은 상당한 시간이 소요될 수 있으므로, 락이 아주 짧은 시간 동안만 유지되는 다중 코어 시스템에서는 스핀락이 선호될 수 있습니다¹⁰.

락 경합(Lock Contention)

락은 **경합(contended)**되거나 **비경합(uncontended)**될 수 있습니다¹¹.

• 경합 락: 스레드가 락을 획득하려고 할 때 블록되는 경우입니다¹². 높은 경합은 동시성 애플리케이션의 전반적인 성능을 저하시키는 경향이 있습니다¹³.

• 비경합 락: 스레드가 락을 획득하려고 시도할 때 락이 사용 가능한 경우입니다¹⁴.

뮤텍스 락과 스핀락은 많은 운영체제에서 널리 사용되며, 다음 섹션에서 고전적인 동기화 문제를 해결하는 데 어떻게 사용되는지 더 자세히 다룹니다.