운영체제 - RaceCondition, Atomic

RaceCondition

여러개의 쓰레드들이 공유 변수 동시 접근 시 실행 순서에 따라 결과값이 달라지는 문제

static int number = 0;
static void Thread_1()
{
    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    number++;
}
static void Thread_2()
{
    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    number--;
}

static void Main(string[] args)
{
    Task t1 = new Task(Thread_1);
    Task t2 = new Task(Thread_2);
    t1.Start();
    t2.Start();

    Task.WaitAll(t1, t2);
    Console.WriteLine(number);
}

현재 number가 0이라고 할 때, 코드가 번갈아 실행되면 number가 0이 나와야하는데 다른 값이 나오는 문제가 발생한다.

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2. 왜 RaceCondition이 발생했을까?

01 number++의 원리

int temp = number; // 1번 number 주소에 있는 값을 temp에 옮기기
temp += i; // 2번 temp 값 1 늘리기
number = temp; // 3번 number 주소 값에 temp 값 넣기

 

number++;를 실행하면 세가지 어셈블리 언어로 이루어져있다.

세개의 명령어 중 어느 하나라도 끼어들게 되면 쓰레드 간의 실행 순서가 바뀌어서 잘못된 결과를 도출하게된다.

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02 위의 Thread_1과 Thread_2 실행 순서를 표에 정리

Thread_1과 Thread_2가 동시다발적으로 실행 됐다고 가정

1) ContextSwitch가 안일어난 경우

최종적인 number값이 0이 나온다.

2) ConstextSwitch가 일어난 경우

최종적인 number 값이 -1이 나와 RaceCondition이 일어났다.

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03 Contextswitch

Contextswitching 알아보러 가기

운영체제 - 문맥교환(Context switching)

실행중인 쓰레드나 프로세스가 대기 상태에 빠지면 운영체제는 다음으로 실행될 것을 선택하고 해당 쓰레드나 프로세스의 상태를 복원한다.

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3. 문제를 예방하는 방법

Atomic(원소적) 실행

공유 변수를 통해 상호작용하는 프로세스 혹은 쓰레드 간에 문맥교환이 언제 일어나도 간섭이 없는 실행을 보장

- 공유 변수를 사용하는 코드 영역에 임계구역을 설정

- 한 쓰레드가 먼제 임계구역 내에 진입하여 실행 중 문맥 교환이 발생하여 상대 쓰레드에 선점되더라도 그 쓰레드가 임계구역에 진입 하는 것을 불허하고 대기하도록 한다.

 

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Interlocked 알아보러 가기

운영체제 - Interlocked(Increment,Exchange,Add메서드 등)

 

 

 

 

 

참고 :  본 내용은 MMORPG  PART4 강의를 수강하여 작성하였습니다.

https://www.inflearn.com/course/%EC%9C%A0%EB%8B%88%ED%8B%B0-mmorpg-%EA%B0%9C%EB%B0%9C-part4