이 글은 MSDN 글, "Solving The Dining Philosophers Problem With Asynchronous Agents"를 참고하여 작성되었습니다.

Asynchronous Agents Library로 Dining Philosophers 문제 해결하기 - 1
Asynchronous Agents Library로 Dining Philosophers 문제 해결하기 - 2

오래 기다리셨습니다; 그간 일이 바빠서;; 어쨌든 지난번에 Concurrecy::agent 에서 상속받은 Philosopher 클래스를 살펴봤었죠. 아래 두 함수만 제외하고 말입니다.

자 먼저 젓가락을 집는 함수입니다. 젓가락 한쌍을 동시에 집어야지 하나만이라도 먼저 집으려고 하다간 서로 젓가락 하나씩 잡고 기다리는 데드락 상황이 발생할 수 있습니다. 이를 위해 쓰이는 것이 지난 회에 잠깐 언급했든 join 메시지 블록입니다. 그 중에서도 non_greedy 버전을 사용해야 합니다. non_greedy 버전은 명시된 타겟을 모두 얻을 수 있을 때에만 실제 획득을 시도합니다. gready 버전을 사용하면 전술한 것처럼 데드락이 발생할 수 있습니다.

   73     std::vector<Chopstick*> PickupChopsticks()

   74     {

   75         //join 생성

   76         Concurrency::join<Chopstick*,Concurrency::non_greedy> j(2);

   77         m_LeftChopstickProvider->link_target(&j);

   78         m_RightChopstickProvider->link_target(&j);

   79 

   80         //젓가락 한쌍을 집습니다.

   81         return Concurrency::receive (j);

   82     } 


젓가락을 내려놓은 것은 간단합니다. 비동기 메시지 전송 함수인 Concurrency::asend()를 사용하여 젓가락이 이용가능함을 알리면 끝입니다.

   83     void PutDownChopsticks(std::vector<Chopstick*>& v)

   84     {

   85         Concurrency::asend(m_LeftChopstickProvider,v[0]);

   86         Concurrency::asend(m_RightChopstickProvider,v[1]);

   87     }


마지막으로 철학자들과 젓가락, 젓가락제공자를 가지고 이들 모두를 셋업하는 역할을 하는 Table 클래스입니다. 주석을 참고하시면 쉽게 이해하실 수 있을 겁니다.

  100 template<class PhilosopherList>

  101 class Table

  102 {

  103     PhilosopherList & m_Philosophers;

  104     std::vector<ChopstickProvider*> m_ChopstickProviders;

  105     std::vector<Chopstick*> m_Chopsticks;

  106 

  107     //이 생성자는 Table 클래서에서 유일한 public 메소드로 vector 변수들을 초기화하고 각 철학자에게 젓가락제공자를 할당합니다:

  108 public:

  109     Table(PhilosopherList& philosophers): m_Philosophers(philosophers)

  110     {

  111         //젓가락 및 젓가락제공자 vector를 채웁니다

  112         for(size_t i = 0; i < m_Philosophers.size();++i)

  113         {

  114             m_ChopstickProviders.push_back(new ChopstickProvider());

  115             m_Chopsticks.push_back(new Chopstick("chopstick"));

  116             //젓가락제공자에 젓가락을 놓습니다

  117             send(m_ChopstickProviders[i],m_Chopsticks[i]);

  118         }

  119         //철학자들을 식탁 자리에 앉힙니다

  120         for(size_t leftIndex = 0; leftIndex < m_Philosophers.size();++leftIndex)

  121         {

  122             //rightIndex 계산

  123             size_t rightIndex = (leftIndex+1)% m_Philosophers.size();

  124 

  125             //왼쪽,오른쪽 제공자를 해당 철학자에 부여합니다

  126             Concurrency::asend(& m_Philosophers[leftIndex].LeftChopstickProviderBuffer,

  127                 m_ChopstickProviders[leftIndex]);

  128             Concurrency::asend(& m_Philosophers[leftIndex].RightChopstickProviderBuffer,

  129                 m_ChopstickProviders[rightIndex]);

  130         }

  131     }

  132     ~Table(){

  133         m_ChopstickProviders.clear();

  134         m_Chopsticks.clear();

  135     }

  136 

  137 };


드디어 대망의 main() 함수입니다. 상태표시를 위한 call 블록과 C++0x 람다의 사용 이외에는, 전술할 클래스들을 사용하고 있을 뿐입니다.

  206 int main()

  207 {

  208     //tr1 array를 사용해 철학자들을 생성합니다

  209     std::tr1::array<Philosopher,5> philosophers = {"Socrates", "Descartes", "Nietzche", "Sartre", "Amdahl"};

  210     Table<std::tr1::array<Philosopher,5>> Table(philosophers);

  211     //상태표시에 이용할 call 블록들의 목록을 생성합니다

  212     std::vector<Concurrency::call<PhilosopherState>*> displays;

  213     //철학자 에이전트를 구동하고 상태표시 항목을 생성합니다

  214     std::for_each(philosophers.begin(),philosophers.end(),[&displays](Philosopher& cur)

  215     {

  216         //상태표시용 call 블록을 하나 만듭니다

  217         Concurrency::call<PhilosopherState>* consoleDisplayBlock = new Concurrency::call<PhilosopherState>([&](PhilosopherState in){

  218             //cout은 각 출력 사이의 스레드안정성을 보장하지 않습니다

  219             if(in == Eating)

  220                 std::cout << cur.m_Name << " is eating\n";

  221             else

  222                 std::cout << cur.m_Name << " is  thinking\n";

  223         });

  224         //상태표시 블록을 연결하고 벡터에 저장해둡니다

  225         cur.CurrentState.link_target(consoleDisplayBlock);

  226         displays.push_back(consoleDisplayBlock);

  227         //그리고 에이전트를 구동합니다

  228         cur.start();

  229     });

  230     //모두 완료되기를 대기

  231     std::for_each(philosophers.begin(),philosophers.end(),[](Philosopher& cur)

  232     {

  233         cur.wait(&cur);

  234     });

  235 

  236     displays.clear();

  237 };


이상을 실행하면 다음과 유사한 결과를 확인하실 수 있습니다.


주석에도 나와있듯이 스레드에 안전하지 않은 cout 출력으로 가끔 상태 메시지가 섞여였음을 확인할 수 있습니다. 그것 이외에는 철학자들이 사이좋게 식사를 하고 있음을 알 수 있습니다.

이렇듯 AAL을 사용하면 저수준의 스레드 함수나 동기화 개체들을 직접 다루지 않고도 쉽게 병렬 수행 작업을 작성할 수 있습니다. 병렬화에 고민하지 않고, 해당 응용프로그램의 도메인 문제에만 집중할 수 있는 것이죠.


이상입니다. 이제 새로운 로고와 함께 VS2010의 베타2도 나왔으니, 새로운 주제로 다시 찾아뵙지요. ^^
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이 글은 MSDN 글, "Solving The Dining Philosophers Problem With Asynchronous Agents"를 참고하여 작성되었습니다.

오늘은 AAL(Asynchronous Agents Library)의 액터기반프로그래밍을 사용하여, 동기화 개체들로는 해법이 상당히 골치아프기로 유명한 "철학자들의 식사(Dining Philosophers) 문제"를 풀어보겠습니다. 내용이 길어질듯 하여 3회의 연재글로 구성하려 합니다.

먼저 간단히 철학자들의 식사 문제를 소개하면,


간단히 위 그림과 같은 상황입니다. 철학자 다섯명이 식사를 하는데 젓가락(그림에는 포크지만 상관없습니다;)이 보시는바와 같이 역시 다섯개뿐입니다. 그들은 철학자답게 생각하다가 한입 먹다가를 반복합니다. 한입 먹으려면 젓가락 한쌍이 필요해서 옆사람이 사이에 놓인 젓가락을 이미 선점해 먹고 있다면 기다려야 하는 것이죠. 공유 상태를 고려하지 않고 구현하면 데드락 등으로 철학자가 굶는(starvation) 상황이 발생할 수 있습니다. 이 문제는 저명한 컴퓨터과학자 다익스트라가 처음 제시하였습니다. 모니터 등의 동기화 개체를 사용하여 해결하는 방법이 기존에 많이 설명되어 있습니다만... 솔직히 이해하기가 쉽지 않고 구현도 어렵습니다.

이때 AAL이 제공하는 액터모형을 이용하면 그러한 난해함이나 복잡함 없이 이 문제를 해결할 수 있습니다. 액터모형은 독립적으로 동작하며 서로간에는 오로지 메시지만으로 소통하는(즉, 공유 상태를 가지지 않는) 액터들로 시스템을 모델링하는 방법이라 하겠습니다.

본 예제에서는 철학자를 액터(AAL 용어로는 에이전트)로 보고 메시지 전달을 위해 AAL에서 제공하는 몇몇 메시지 블록(message block)들을 사용하여 철학자들의 식사 문제를 해결합니다.

다음과 같은 다섯 클래스들을 작성하게 됩니다.

  • Chopstick 클래스
  • 식탁 위의 젓가락을 실제 소유하며 요청에 따라 철학자에게 제공하는 역할을 하는 ChopstickProvider 
  • 생각하고 먹는 에이전트 역할의 Philosopher 클래스. 이 클래스는 한쌍의 ChopstickProvider와만 소통합니다.
  • 생각하고 먹는 상태를 나타내는 PhilosopherState 열거형
  • 젓가락들과 철학자들이 배치될 Table 클래스

이 과정에서 다음과 같은 AAL의 클래스 및 함수들을 이용합니다.
  • Concurrency::agent - 에이전트 기반 클래스
  • 이하는 메시지 블록에 속하는 여러 타입들
    • Concurrency::unbounded_buffer
    • Concurrency::overwrite_buffer
    • Concurrency::join
    • Concurrency::call
  • 이상의 메시지 블록들에 메시지를 주고 받는데 사용하는 함수들
    • Concurrency::send
    • Concurrency::asend - 위의 비동기 버전으로, 받음 여부를 확인하지 않고 바로 리턴
    • Concurrency::receive

본격적인 구현 과정은 다음 회에 계속됩니다~ ^^
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