생산자-소비자 문제

생산자-소비자 문제(producer-consumer problem)는 여러 개의 프로세스를 어떻게 동기화할 것인가에 관한 고전적인 문제이다. 한정 버퍼 문제(bounded-buffer problem)라고도 한다.

유한한 개수의 물건(데이터)을 임시로 보관하는 보관함(버퍼)에 여러 명의 생산자들과 소비자들이 접근한다. 생산자는 물건이 하나 만들어지면 그 공간에 저장한다. 이때 저장할 공간이 없는 문제가 발생할 수 있다. 소비자는 물건이 필요할 때 보관함에서 물건을 하나 가져온다. 이 때는 소비할 물건이 없는 문제가 발생할 수 있다.

문제 해결

이 문제를 해결하는 것을 생산자-소비자 협동이라 하며, 버퍼가 동기화되어 정상적으로 동작하는 상태를 뜻한다. 문제를 해결하기 위해 세마포어를 활용할 수 있다.

불완전한 방법

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

• 프로세스
  • 생산자 프로세스

 do {
     ...
     아이템을 생산한다.
     ...
     wait(empty);  //버퍼에 빈 공간이 생길 때까지 기다린다.
     wait(mutex); //임계 구역에 진입할 수 있을 때까지 기다린다.
     ...
     아이템을 버퍼에 추가한다.
     ...
     signal(mutex); //임계 구역을 빠져나왔다고 알려준다.
     signal(full);  //버퍼에 아이템이 있다고 알려준다.
 } while (1);

• • 소비자 프로세스

 do {
     wait(full);    //버퍼에 아이템이 생길 때까지 기다린다.
     wait(mutex);
     ...
     버퍼로부터 아이템을 가져온다.
     ...
     signal(mutex);
     signal(empty); //버퍼에 빈 공간이 생겼다고 알려준다.
     ...
     아이템을 소비한다.
     ...
 } while (1);

모니터를 이용한 방법

monitor ProducerConsumer
{
    int itemCount = 0;
    condition full;
    condition empty;

    procedure add(item)
    {
        if (itemCount == BUFFER_SIZE)
        {
            wait(full);
        }

        putItemIntoBuffer(item);
        itemCount = itemCount + 1;

        if (itemCount == 1)
        {
            notify(empty);
        }
    }

    procedure remove()
    {
        if (itemCount == 0)
        {
            wait(empty);
        }

        item = removeItemFromBuffer();
        itemCount = itemCount - 1;

        if (itemCount == BUFFER_SIZE - 1)
        {
            notify(full);
        }


        return item;
    }
}

procedure producer()
{
    while (true)
    {
        item = produceItem();
        ProducerConsumer.add(item);
    }
}

procedure consumer()
{
    while (true)
    {
        item = ProducerConsumer.remove();
        consumeItem(item);
    }
}

같이 보기

• 잠자는 이발사 문제
• 흡연자 문제
• 독자-저자 문제
• 철학자들의 만찬 문제
• 세마포어