Thread Safe(스레드 안전)

 

Thread Safe

---

• Race Condition 상황이 발생해도 실행에 문제가 생기지 않는 것을 의미한다.
• 하나의 함수가 한 스레드로부터 호출되어 실행 중일 때, 다른 스레드가 그 함수를 호출하여 동시에 함께 실행되더라도 각 스레드에서의 함수의 수행 결과가 올바로 나오는 것을 의미한다.

Race Condition(경쟁 상태)

• 공유 자원에 대해 두 개 이상의 스레드가 동시에 읽거나 쓰는 상황을 의미한다.
• 접근의 순서에 따라 결과값에 영향을 주는 문제가 발생할 수 있다.

 

 

Thread Safe를 지키는 방법

---

1. Re-entrancy(재진입성)
   • 정적(전역) 변수를 사용하면 안 된다.
   • 정적(전역) 변수의 주소를 반환하면 안 된다.
   • 호출자가 호출 시 제공한 매개 변수만으로 동작해야 한다.
   • 싱글톤 객체의 잠금에 의존하면 안 된다.
   • 다른 비-재진입 함수를 호출하면 안 된다.
2. Thread-local Storage
   • 공유자원의 사용을 최대한 줄이고 각각의 Thread에서만 접근 가능한 저장소를 사용하여 동시 접근을 막는 것
3. Mutual Exclusion
   • Lock을 통해 공유자원을 제어하는 것
   • 뮤텍스, 세마포어 등을 이용한다.(이전 글에서 설명함)
   • Dekkers's Algorithm, Peterson's Algorithm 을 사용한다.
4. Atomic Operation
   • Atomic 연산을 사용하는 것
   • 더이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 단위의 명령어를 실행하는 것
   • 도중에 인터럽트가 발생할 수 없다.

 

 

Dekker’s Algorithm

---

Mutual Exclusion을 지키기 위한 알고리즘이다.

flag와 turn 변수를 사용하여 Critical Section에 들어갈 프로세스(스레드)를 결정하는 방식이다.

• 2개의 스레드가 Critical Section에 진입하길 원하는 과정이다.
• flag : 초기값은 flag [0] = flag [1] = false이고 임계 영역에 들어가겠다는 표시는 true로 한다.
• turn : 임계 영역에 들어가는 순서로, 0 또는 1의 값을 갖는다. 0인 경우엔 P0의 순서, 1인 경우엔 P1의 순서이다.

작동 방식

1. 함수가 실행되면 각 thread는 critical section에 접근하겠다는 표시로, 각자의 flag 를 true로 설정한다.
2. 상대방의 순서라면 자신의 flag를 false로 바꾸고 turn이 넘어올 때까지 대기한다.
3. 자신의 순서라면 Critical Section 작업을 실행한다.
4. 작업이 끝나면 turn을 상대방에게 넘겨주고, flag를 false로 설정한다.

한계

• while 문에서 busy waiting 이 발생할 수 있다.
• 프로세스가 늘어나면 알고리즘이 복잡해진다.

 

 

Peterson’s Algorithm

---

Mutual Exclusion을 지키기 위한 알고리즘이다.

Dekker’s Algorithm과 마찬가지로 flag 와 turn 변수를 사용한다.

Dekker's Algorithm보다 단순하다.

• 2개의 스레드가 Critical Section에 진입하길 원하는 과정이다.

작동 방식

1. 함수가 실행되면 각 thread는 critical section에 접근하겠다는 표시로, 각자의 flag 를 true로 설정한다.
2. turn을 상대에게 양보한다. - 먼저 양보한 프로세스가 양보받게 된다.
3. while 문의 조건으로 인해 양보한 스레드는 대기하고, 양보 받은 스레드는 Critical Section에 진입한다.
4. Critical Section 작업이 끝나면 flag를 false로 설정하여 다른 스레드가 실행할 수 있게 된다.

한계

• 여전히 busy waiting 이 발생할 수 있다.
• 프로세스가 n(n>2)개일 경우 알고리즘이 매우 복잡해진다.
• 소프트웨어적 방법이기에 알고리즘을 알아야만 프로그래밍할 수 있다.

 

 

참고

---

스레드 안전 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

스레드 안전(Thread-Safety)란?

병행 프로세스와 상호배제 - 데커와 피터슨의 알고리즘