경쟁 상태(Race Condition)
What is Race Condition?
경쟁 상태(Race Condition)이란?
공유 자원에 대해 여러 쓰레드가 프로세스가 동시에 접근할 때, 데이터의 불일치를 일으킬 수 있다. 예를들어 원래 User1와 User2의 목적은 계좌에 있던 30만원을 각각 5만원, 4만원을 넣어 39만원을 만들려는 목적인데 동시에 접근해 사용하게 되면 아래처럼 불일치가 일어나는 걸 볼 수 있다.
Race Condition이 발생하는 경우
발생하는 경우를 보기전에 먼저 유저모드와 커널모드에 대해 알아보자
유저모드: 사용자가 접근할 수 있는 영역을 제한적으로 두고, 프로그램의 자원에 함부로 접근하지 못하는 모드. 코드를 작성하고, 프로세스를 실행하는 행동을 할 수 있다.
커널모드: 모든 자원(CPU, 메모리 등) 접근, 명령 가능한 모드
프로세스간에는 주소 공간이 독립적이지만 커널에 있는 자원은 여러 프로세스가 공유할 수 있기 때문에 주로 유저모드보다 커널모드일 때 Race Condition이 발생한다.
1. 커널 작업을 수행하는 중에 인터럽트 발생
커널 모드에서 데이터를 불러 작업을 수행하다 인터럽트가 발생하면 같은 데이터를 조작하게 된다. 그래서 커널모드에서 작업을 수행할 떄는 인터럽트가 발생되지 않도록 설정하면 된다.
2. 프로세스가 시스템 콜(System Call)을 하여 커널모드로 진입하여 작업을 수행하던 중 문맥 교환(Context Switch)이 발생할 때
프로세스 A가 커널모드에서 데이터를 작업(count값 읽고 증가)하는 도중 문맥교환이 일어나면 같은 프로세스 B에서 같은 데이터를 조작하게 된다. 이때, 프로세스2의 작업은 반영되지 않게 된다. 이 경우는 프로세스가 커널모드에서 작업하는 경우 CPU 제어권을 뺏지 않도록 하면 된다.
3. 멀티 프로세서에서 공유 메모리 내의 커널 데이터에 접근할 때
멀티 프로세스 환경에서 2개의 CPU가 동시에 커널 내부의 공유 데이터에 접근하는 경우도 문제가 생길 수 있는데 커널 내부에 있는 공유 데이터에 접근할 때마다 lock/unlock을 해서 해결할 수 있다.
Thread-safe
멀티 스레드 환경에서 여러 스레드가 동시에 하나의 객체 및 변수(공유자원)에 접근할 때, 의도한 대로 동작하는 것을 의미한다. Thread-safe하기 위해서는 공유 자원에 접근하는 임계 영역(Critical Section)을 동기화 기법으로 잘 제어해줘야 된다. 동기화 기법에는 Mutex나 Semaphore 등이 있는데 자세하게 알고싶으면 이 글을 참고하면 되겠다.
참고:
*틀린 부분이 있으면 언제든지 말씀해 주시면 공부해서 수정하겠습니다.
