[Daily morning study] Mutex(뮤텍스)와 Semaphore(세마포어)의 차이

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Mutex(뮤텍스)와 Semaphore(세마포어)의 차이

멀티스레드 환경에서 동기화는 중요한 문제입니다. 이 두 가지 개념인 뮤텍스와 세마포어는 서로 다른 방식으로 스레드 간의 자원 접근을 조절하는 역할을 합니다. 이번 학습에서는 뮤텍스와 세마포어의 정의, 사용 용도, 그리고 차이점에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

1. 뮤텍스 (Mutex)

정의

뮤텍스는 “Mutual Exclusion”의 줄임말로, 공유 자원에 대한 동시 접근을 제어하기 위해 사용됩니다. 뮤텍스는 하나의 스레드만 자원에 접근할 수 있도록 보장하는 객체입니다.

사용 용도

  • 데이터베이스, 파일, 객체 등 공유 자원에 대한 접근 제한.
  • 스레드가 수행하는 작업이 완료될 때까지 다른 스레드가 대기하도록 하기.

코드 예시

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;

void* thread_function(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock);
    
    // 공유 자원에 대한 작업
    printf("Thread %ld is working.\n", (long)arg);
    
    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[5];
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);

    for (long i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, (void*)i);
    }
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    pthread_mutex_destroy(&lock);
    return 0;
}

2. 세마포어 (Semaphore)

정의

세마포어는 특정 자원을 사용할 수 있는 스레드의 수를 제한하는 카운터입니다. 일반적으로 두 가지 유형인 이진 세마포어(값이 0 또는 1)와 카운팅 세마포어(여러 개의 리소스 관리를 위한 카운터)가 있습니다.

사용 용도

  • 다수의 스레드가 동일한 리소스를 동시에 사용할 수 있는 상황에서 자원 할당 관리.
  • 프로세스 간 통신을 위한 신호 체계.

코드 예시

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

sem_t semaphore;

void* thread_function(void* arg) {
    sem_wait(&semaphore);
    
    // 공유 자원에 대한 작업
    printf("Thread %ld is working.\n", (long)arg);
    
    sem_post(&semaphore);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    sem_init(&semaphore, 0, 3); // 최대 3개의 스레드 동시 접근 가능

    for (long i = 0; i < 10; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, (void*)i);
    }
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    sem_destroy(&semaphore);
    return 0;
}

3. 뮤텍스와 세마포어의 차이점

 뮤텍스 (Mutex)세마포어 (Semaphore)
동기화 방식상호 배제 (Mutual Exclusion)카운팅을 통한 자원 제어
소유권스레드가 잠근 자원만 해제 가능여러 스레드가 접근 가능, 소유권 없음
용도단일 자원에 대한 동시 접근 차단여러 개의 자원 관리 및 동시 접근 허용
상태잠금 및 잠금 해제 상태만 사용카운트 기반으로 리소스 관리

결론

뮤텍스와 세마포어 모두 멀티스레드 프로그래밍에서 중요한 동기화 도구입니다. 뮤텍스는 단일 스레드의 자원 접근을 제어하고, 세마포어는 여러 스레드의 동시 접근을 허용합니다. 이러한 차이점을 이해하면, 더 나은 멀티스레드 프로그램을 설계하고 제조할 수 있습니다.

학습한 내용을 바탕으로 실제 프로젝트에 적용해보며 실습해보는 것이 좋습니다. 각 개념의 사용 사례를 떠올리며 코드 작성을 해보는 것도 좋은 학습 방법이 될 것입니다.