[Philosophers] 개념정리

용어 정리

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스레드(Thread)

철학자.

흐름의 단위. 동작을 하는 것.

멀티스레드(multithread)

여러 명의 철학자.

프로세스와 다르게 메모리를 공유하며, 동시에 여러 가지 동작을 할 수 있는 것.

언어에 따라 특성에 차이가 있지만

예측이 어려워서 많은 문제를 일으킨다.

뮤텍스(Mutex)

포크.

한정되어있는 공유자원을 어떻게 배분해서 사용을 할 것인지, 판단하기 위해서 사용.

key값을 줘서 할당시키는 방식.

먹기 위해선 뮤텍스가 2개가 필요로 하고, 옆자리에 있는 사람이 뮤텍스를 사용하고 있으면

나는 기다렸다가 뮤텍스가 생기면 그때 사용해야 한다.

즉. 포크 (뮤텍스)를 2개를 가지고 있어야만 철학자들은 먹을 수 있다. (스레드가 동작된다.)

세마포어(Semaphore)

뮤텍스와 비슷하지만 최대한도로 동작하는 방식.

 

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구현 정리

 

모니터 스레드 (Thread)

철학자들이 무한루프를 도는 경우가 발생될 수 있다.

그럴 때 철학자들이 살았는지 죽었는지 주기적으로 체크해주는 모니터 스레드를 따로 만들어 줘야 한다.

./philo 1 500 300 200

형식으로 들어온 경우 포크가 1개만 있으니 철학자는 포크를 잡지 못하여 무한히 대기하는 상태가 발생된다.

이럴 때 현재 시간과 생존시간을 비교하여 살아있는지 죽었는지 판별을 해줘야 한다.

판별 자체는 가능하지만 집을 포크가 lock 상태라 기다리고 있는 상황을 발견할 수 있었다.

1. 아예 포크를 집지 못하게 한다.
2. 포크에 대한 값을 아예 다르게 넣어버린다.

 

모니터 스레드 1

모니터 스레드를 1개만 생성해서

모니터 스레드 1개가 모든 철학자들이 살았는지 죽었는지 판별하는 방식.

 

모니터 스레드 n ( 철학자의 수 )

모니터 스레드를 철학자의 수만큼 생성을 해서

철학자마다 모니터 스레드가 도는 방식.

number_of_times_each_philospher_must_eat 라는 인자가 들어온 경우 최소 횟수의 식사가
보장되어야 하므로, 모든 철학자들이 최소 횟수 이상씩 먹었는지 확인을 해줘야 하고 최소 횟수의 식사를 해도
다른 철학자가 최소만큼 먹지 않았다면 먹는 것을 멈춰서는 안 된다.

모니터 스레드를 n 개를 만드는 방법으로만 로직을 구성할 경우에는
모든 철학자들이 최소 횟수만큼 먹었는지 확인을 해주는 스레드가 추가적으로 필요된다.

전체적으로 필요한 것들만 하도록 나누는 것이 좋다고 생각이 들어서
must_eat 횟수를 확인하는 스레드 1개.

각각의 철학자들이 죽었는지 살았는지 확인하는 스레드. n개

2 가지 방법 모두 사용.

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pthread_detach, pthread_join 차이점

공통점 : 스레드가 종료되면 사용된 자원에 대해서 즉시 free를 진행한다.

차이점 : join은 value_ptr으로 값을 추가로 받아올 수 있다. ( 스레드 식별번호 )

pthread_detach에 경우에는 main이 끝까지 도달하였다면 바로 자원을 반납하고 종료하지만,
pthread_join에 경우에는 main 도중 join에 걸리면 종료되지 않고 스레드가 종료되어 자원을 반납할 때까지
기다린다.

스레드 동작 원리.

pthread_create을 사용한 경우 스레드는 생성이 되지만 그와 동시에 main문도 동작을 하고 있어서

정확한 확인이 어렵다.

main문에서 pthread_join 등 main문에 join을 거는 형식으로 스레드가 끝날 때까지 기다리는 작업을 해줘야 한다.

usleep 사용 이유..?

자거나 먹을 먹는 시간을 증 감하기 위해서 사용.

// 현재 시간 계산.

gettimeofday(&start, NULL);
usleep(2000);
gettimeofday(&end, NULL);

seconds  = end.tv_sec  - start.tv_sec;
useconds = end.tv_usec - start.tv_usec;

이런 형식으로 차값을 가지고 계산.

 

 

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usleep 시간 밀림 문제

while (!philo->info->die_or_life)
    {
        philo_forks(philo);
        philo_eat(philo);
        philo_unforks(philo);
        philo_sleep(philo);
        philo_think(philo);
    }
    return (NULL);

// usleep 자체에서 보장해주는 시간에 오차가 많이 생겨 
// 추가적으로 vsleep이라는 함수를 만들어서 사용.
void    vsleep(unsigned int time)
{
    unsigned int    finish_time;

    finish_time = time + now_time();
    while (finish_time > (unsigned int)now_time())
    {
        usleep(100);
    }
}

philo_loop 안에서 usleep을 사용하는 부분 (to_die, to_eat)을 제외하여도
loop 내부에서 로직이 돌아가면서 시간이 계속 흐르기도 하고 vsleep이라는 함수를 만들어서 사용을 해도 내부에서는 usleep이라는 함수를 사용함으로 죽지 않는 경우라도 철학자가 죽게 될 수 있다.
그래서 오래 돌아도 로직이 유지되도록 시간을 보정해주는 작업이 필요하다.

 

revision_time = current - 100;
마지막 식사시간 = 현재시간 - x ms
eat_time , sleep_time

eat을 진행하여 usleep을 사용하였다면 eat 다음 단계인 sleep 파트에서
마지막 식사시간에 시간을 보정해주는 작업을 진행해준다.

 

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스레드의 동작방법

동시에 여러 개의 스레드가 동작하는 방법이 아닌 빠른 속도로 동작을 활성화해줘서 동작하는 방식이다. 그래서

많은 philo의 수가 들어온 경우에는 컴퓨터 자체에서 버티지 못하고 충돌이 발생할 수 있다.

void    vsleep(unsigned int time)
{
    unsigned int    finish_time;

    finish_time = time + now_time();
    while (finish_time > (unsigned int)now_time())
    {
        usleep(n);
    }
}

vsleep 형식처럼 사용한 것에 usleep에 n 값을 기준으로 수정해줘야 한다.

몇 명의 철학자가 들어왔는지에 따라 최적화 작업을 진행해주면 많은 수의 철학자의 수가 들어와도 안 죽을 수 있다.

 

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확인해야 하는 반례 케이스들.

./philo 4 410 200 200
// 무한이 돌아야한다.

./philo 4 390 200 200 5
// 죽어야한다. 
// ( segfault check )

./philo 1 1000 300 200
// 생존 시간이 지난 후에 죽어야한다.
// 무한루프가 도는지 확인.

./philo 1 1000 300 200 5
// 생존 시간이 지난 후에 죽어야한다.
// 무한루프가 도는지 확인.
// ( segfault check )

// 완벽추구 ===================================== 

./philo 4 400 200 200
// 무한이 돌아야한다.
// 시간이 딱 맞으므로 죽지않아야한다.

./philo 4 399 200 200
// 죽어야한다. 
// ( 홀짝으로 포크를 집을때 반례처리를 어떻게 하였는지 확인 )