모니터 (Monitor)

핵심 개념

모니터(Monitor)는 공유 데이터와 그에 대한 연산을 하나로 캡슐화하여 자동으로 상호배제를 보장하는 고수준 추상 데이터 타입(ADT)이다. 세마포어는 프로그래머 실수(순서, 누락)에 취약하여 타이밍 오류가 발생하므로, 동기화 로직을 언어/컴파일러 수준에서 강제하여 실수를 방지한다.

비유하면, 은행 창구와 같다. 창구(모니터) 안에는 한 명의 고객만 들어갈 수 있고, 내부 데이터(잔액 등)는 창구 직원(모니터 함수)만 접근할 수 있다.

동작 원리

모니터 구조

    ┌─────────────────────────────┐
    │         Monitor             │
    │  ┌─────────────────────┐    │
    │  │   shared data       │    │
    │  └─────────────────────┘    │
    │                             │
    │  ┌─────────────────────┐    │
    │  │  operations         │    │
entry   │  P1(), P2(), ...    │    │
queue → │                     │    │
    │  └─────────────────────┘    │
    │                             │
    │  ┌─────────────────────┐    │
    │  │ initialization code │    │
    │  └─────────────────────┘    │
    └─────────────────────────────┘

• 공유 변수는 모니터 내부에서만 접근 가능
• 모니터 함수 호출 시 자동으로 상호배제 적용
• 추가 동기화를 위해 조건 변수(Condition Variable) 제공
• Entry Queue: 모니터 진입을 대기하는 프로세스들

의사코드

monitor monitor_name {
    /* shared variable declarations */

    function P1(...) {
        ...
    }

    function P2(...) {
        ...
    }

    initialization_code(...) {
        ...
    }
}

세마포어를 이용한 구현

semaphore mutex = 1;      // 모니터 진입 제어
semaphore next = 0;       // signal 후 대기
int next_count = 0;       // next에서 대기 중인 수

// 모니터 함수 F 진입/퇴출
wait(mutex);
    ...
    body of F
    ...
if (next_count > 0)
    signal(next);         // 대기 중인 signaler 깨움
else
    signal(mutex);        // 다음 진입자 허용

모니터의 한계

// 올바른 사용
R.acquire(t);
access resource;
R.release();

// 잘못된 사용 (모니터가 막지 못함)
access resource;      // acquire 없이 접근!
R.release();          // 또는 release 없이 종료

올바른 사용 순서는 여전히 프로그래머의 책임이다.

예시

• Java: synchronized 키워드가 모니터를 언어 수준에서 지원
• C#: lock 키워드로 모니터 패턴 구현

관련 개념

• 조건 변수 (Condition Variable) - 모니터 내 추가 동기화 메커니즘
• 임계구역 문제 (Critical Section) - 상호배제의 기본 문제
• Java Synchronization - Java의 모니터 기반 동기화
• 하드웨어 동기화 명령어 - 저수준 동기화 기법