락(lock), 뮤텍스(mutex), 임계 구역(critical section), 세마포어(semaphore)를 설명하라.

Question

IT Interview Practice · Accepted Answer

**뮤텍스는 상호 배제(mutual exclusion)를 보장하는 락으로, 한 번에 오직 하나의 스레드만 그것을 쥐고 보호된 임계 구역에 들어갈 수 있습니다.** 세마포어는 이를 일반화하여 최대 N개의 동시 보유자를 허용합니다.

## 동작 방식

- **임계 구역**: 공유 상태를 건드리며 동시에 실행되어서는 안 되는 코드 영역.
- **뮤텍스(상호 배제)**: 구역 전에 획득하고 후에 해제합니다. 두 번째 스레드는 자유로워질 때까지 블로킹됩니다. 보통 획득한 스레드가 소유하며(오직 그 스레드만 해제할 수 있습니다).
- **세마포어**: N개의 허가(permit) 카운터를 유지합니다. `acquire()`는 감소시키고(0에서 블로킹), `release()`는 증가시킵니다. 뮤텍스는 본질적으로 N=1인 세마포어이지만 소유권 의미론이 추가된 것입니다.

```python
lock = threading.Lock()
def transfer(a, b, amt):
    with lock:                 # critical section — one thread at a time
        a.balance -= amt
        b.balance += amt

# Semaphore: cap concurrent DB connections at 10
sem = threading.Semaphore(10)
def query():
    with sem:                  # up to 10 threads run this concurrently
        db.execute(...)
```

## 함정

- **해제를 잊음** → 영구적 블로킹. 예외가 발생해도 해제가 자동으로 이루어지도록 `with`/RAII/`defer`를 사용하세요.
- **락을 너무 오래 쥐고 있으면** 처리량이 죽습니다. 임계 구역을 작게 유지하세요.
- **락 세분성(granularity)**: 하나의 굵은 락은 단순하지만 모든 것을 직렬화하고, 여러 개의 세밀한 락은 확장성이 더 좋지만 데드락 위험이 있습니다.

## 왜 중요한가

이것들은 공유 상태를 보호하는 일상적인 도구입니다. 뮤텍스는 경쟁을 막기 위해 접근을 직렬화하고, 세마포어는 자원 풀(연결, 허가, 속도 제한)을 조절합니다. 올바른 기본 요소(primitive)를 고르고 임계 구역을 짧게 유지하는 것이 정확하고 빠른 것과 정확하지만 느린 것의 차이를 만듭니다.

동작 방식

함정

왜 중요한가

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