뮤텍스(Mutex)

뮤텍스 (Mutex)란?

뮤텍스(Mutex, Mutual Exclusion)는 하나의 공유 자원에 여러 스레드가 동시에 접근하는 것을 방지하기 위한 동기화 기법이다.
멀티스레드 환경에서 발생할 수 있는 경쟁 조건(Race Condition)을 방지하고, 임계영역(Critical Section)을 안전하게 보호하는 데 사용된다.

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주요 특징

• 단일 자원 보호에 특화된 락
• 소유 개념 존재: 락을 획득한 스레드만 해제할 수 있다
• 임계영역 보호: 동시 접근을 차단하여 데이터 일관성 유지
• 커널 기반 동기화 도구: 필요 시 사용자 모드 → 커널 모드 전환 (문맥 교환 발생 가능)

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동작 방식

뮤텍스는 기본적으로 다음의 구조로 작동한다.

1. 스레드가 공유 자원을 사용하기 전 lock을 시도
2. 다른 스레드가 이미 뮤텍스를 소유하고 있다면 블로킹 상태로 대기
3. 자원을 사용한 후 unlock을 호출해 다른 스레드에게 뮤텍스를 넘김

이 과정을 통해 자원 접근은 한 번에 하나의 스레드만 허용되며, 경쟁 조건을 방지할 수 있다.

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예제 코드 (POSIX pthread 기반)

#include <iostream>
#include <pthread.h>

int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;

void* increment(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        pthread_mutex_lock(&lock);   // 임계영역 진입
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&lock); // 임계영역 탈출
    }
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_mutex_init(&lock, nullptr); // 뮤텍스 초기화

    pthread_create(&t1, nullptr, increment, nullptr);
    pthread_create(&t2, nullptr, increment, nullptr);

    pthread_join(t1, nullptr);
    pthread_join(t2, nullptr);

    pthread_mutex_destroy(&lock); // 뮤텍스 해제

    std::cout << "Final counter: " << counter << std::endl;
    return 0;
}

단점 및 주의사항

• 문맥 교환 발생: 뮤텍스는 블로킹 기반으로, 대기 중인 스레드는 CPU를 반납하고 재스케줄링 필요 → 성능 저하
• 데드락 위험: 여러 락을 중첩 사용할 경우 순서에 따라 교착 상태가 발생할 수 있음
• 락 경합: 많은 스레드가 동일한 자원에 접근하려 할 때 성능 저하
• 오버헤드: 빈번한 락/언락은 성능에 영향을 줄 수 있음