생산자-소비자 문제

3. 해결 방법

생산자-소비자 문제를 해결하는 것을 '''생산자-소비자 협동'''이라 하며, 버퍼가 동기화되어 정상적으로 동작하는 상태를 의미한다. 이 문제는 세마포어뿐만 아니라 다음과 같은 다양한 방법으로 해결할 수 있다.

• 세마포어를 이용한 방법
• 모니터를 이용한 방법
• 채널을 이용한 방법
• 세마포어 또는 모니터를 사용하지 않는 방법

3. 1. 세마포어(Semaphore)를 이용한 방법

• Empty: 버퍼 내에 저장할 공간이 있는지를 나타낸다. (초기값: n)
• Full: 버퍼 내에 소비할 아이템이 있는지를 나타낸다. (초기값: 0)
• Mutex: 버퍼에 대한 접근을 통제한다. (초기값: 1)

생산자:

L:  if (s - r) mod k = b then goto L fi;

버퍼에 메시지 넣기;

s := (s + 1) mod k;

goto L;

소비자:

L:  if (s - r) mod k = 0 then goto L fi;

버퍼에서 메시지 가져오기;

r := (r + 1) mod k;

goto L;

enum {N = 4 };

Message buffer[N];

std::atomic count {0};

void producer() {

    unsigned tail {0};

    for (;;) {

        Message message = produceMessage();

        while (N == count)

            ; // 바쁜 대기

        buffer[tail++] = message;

        tail %= N;

        count.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);

    }

}

void consumer() {

    unsigned head {0};

    for (;;) {

        while (0 == count)

            ; // 바쁜 대기

        Message message = buffer[head++];

        head %= N;

        count.fetch_sub(1, std::memory_order_relaxed);

        consumeMessage(message);

    }

}

int main() {

    std::thread t1(producer);

    std::thread t2(consumer);

    t1.join();

    t2.join();

}

참조

_[1] 문서 Dijkstra; 2000; EWD1303 My recollections of operating system design https://www.cs.utexa[...]
_[2] 문서 Dijkstra; 1965; EWD123 Cooperating sequential processes, section 4.1. Typical Uses of the General Semaphore. https://www.cs.utexa[...]
_[3] 문서 Dijkstra; 1965; EWD123 Cooperating sequential processes, section 4.3. The Bounded Buffer. https://www.cs.utexa[...]
_[4] 문서 Dijkstra; 1972; EWD329 Information Streams Sharing a Finite Buffer https://www.cs.utexa[...]
_[5] 문서 Wirth; 1969; Letter from Niklaus Wirth, July 14, 1969 in Brinch Hansen; 2004; A programmer's story, chapter 4 Young Man in a Hurry http://brinch-hansen[...]
_[6] 문서 Dijkstra; 1965; EWD123 Cooperating sequential processes, section 4.3. The Bounded Buffer. https://www.cs.utexa[...]
_[7] 문서 Operating System Principles, 3.4.7. Event Queues Per Brinch Hansen 1973
_[8] 문서 Monitors: An Operating System Structuring Concept, 4. Example: Bounded Buffer C.A.R. Hoare 1974
_[9] 문서 Communicating Sequential Processes, 7.3 Port Names Hoare 1978
_[10] 문서 A tour of Go, Channels https://go.dev/tour/[...]
_[11] 문서 Proving the Correctness of Multiprocess Programs, The Producer/Consumer Example Lamport, Leslie 1977
_[12] 인용 Operating Systems: Three Easy Pieces [Chapter: Condition Variables] http://pages.cs.wisc[...] Arpaci-Dusseau Books 2014
_[13] 인용 Operating Systems: Three Easy Pieces [Chapter: Semaphores] http://pages.cs.wisc[...] Arpaci-Dusseau Books 2014