race condition ( thread, mutex, semaphore)

(글을 들어가기 전. ) 

모르고 그냥 배껴가는 타인의 소스는 자신에게 독이 된다. 

나중에 자신이 알 수 있는 기회를 빼앗어 가면 그것은 칼이 되어 자신에게 돌아간다. 

가져가는거는 좋은데, 꼭 알고 가져가길 바란다. 

race condition (서로 달리는 상태? 경쟁 상태...!!) 에 대해서 한번 보자.

다음 코드를 한번 보면 뭐 좀 이상하다 여기는게 정상이다.

(코드를 그냥 읽으면 안된다. ㅋㅋ )

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

#define total 10000000

void *count(void *arg);

unsigned int counter=0;

int main()

{

pthread_t tid1, tid2;

pthread_create(&tid1, NULL, count, NULL);

pthread_create(&tid2, NULL, count, NULL);

pthread_join(tid1, NULL);

pthread_join(tid2, NULL);

if(counter != 2*total)

printf("Oh no !\n");

else

printf("Correct \n");

}

void *count(void *arg)

{

int i;

for(i=0;i<total;i++){

counter++;

}

}

나름 조금 에러 없도록 수정한 코드. 

컴파일을 해보도록 하자. 

참고로 thread 들어간 프로그래밍은 gcc 로 컴파일 시에 옵션이 필요하다. 

-l pthread 가 들어가야 한다. 

counter++ 를 수행하면서 tid1, tid2 의 스레드가 동시에 작업을 해버리니

100% 확률로 Correct 가 나올리가 없는 코드다. 

(간간히 운 좋으면 Correct 뜨긴 뜨더라..;; ) 

counter++ 를 할때는 동시에 하나의 프로세스만 접근을 해서 실행을 해야 하는데, 

이럴때 mutex, semaphore 등을 이용하여 동시작업을 막으면 된다. 

아래는 뮤텍스를 이용하여 상호배제를 한 경우. 

 

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

#include <semaphore.h>

#define total 10000000

void *count(void *arg);

unsigned int counter=0;

pthread_mutex_t mutx; // 뮤텍스를 사용하기 위한 인자. 

int main()

{

pthread_t tid1, tid2;

pthread_mutex_init(&mutx, NULL); // 뮤텍스 초기화

pthread_create(&tid1, NULL, count, NULL);

pthread_create(&tid2, NULL, count, NULL);

pthread_join(tid1, NULL);

pthread_join(tid2, NULL);

if(counter != 2*total)

printf("Oh no !\n");

else

printf("Correct \n");

pthread_mutex_destroy(&mutx); // 뮤텍스 소멸

}

void *count(void *arg)

{

int i;

for(i=0;i<total;i++){

pthread_mutex_lock(&mutx); // 뮤텍스 진입

counter++;

pthread_mutex_unlock(&mutx); // 뮤텍스 해제

}

}

main 에서는 mutex 를 init, destory 해주고, 

필요한 곳에서 lock, unlock 을 하면 된다. 

아래는 다음의 코드를 세마포어로 바꾼 코드. 

mutex 와 1:1 코드가 대응하지만, 세마포어는 다른 녀석이 풀어버릴 수도 있고, 

(반면 뮤텍스는 결자 해지다..;; ) 

init 시의 두번째 인자를 이용해서 thread 간, processor 간. 사용을 결정 할 수도 있다. 

init 시의 세번재 인자를 이용하면 동시 작업가능한 수도 바꿀 수 있다. 

  

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

#include <semaphore.h>

#define total 10000000

void *count(void *arg);

unsigned int counter=0;

sem_t sem; // 세마포어 사용하기 위한 인자

int main()

{

pthread_t tid1, tid2;

sem_init(&sem, 0, 1);  // 세마포어 초기화

// key : sem,  inter thread, # of semaphore : 1

pthread_create(&tid1, NULL, count, NULL);

pthread_create(&tid2, NULL, count, NULL);

pthread_join(tid1, NULL);

pthread_join(tid2, NULL);

if(counter != 2*total)

printf("Oh no !\n");

else

printf("Correct \n");

sem_destroy(&sem);  // 세마포어 종료

}

void *count(void *arg)

{

int i;

for(i=0;i<total;i++){

sem_wait(&sem); // 세마포어 대기. 

counter++;

sem_post(&sem); // 세마포어 반환

}

}

조금 정리 해볼까? 

뮤텍스는 inter processor, binary semaphore 라고 생각하면 쉽다. 

뮤텍스는 사용이 간단하고(설정도 간단하고) 자원이나 프로세싱 속도도 세마포어 보다는 빠르다. 

반면 세마포어는 (뮤텍스에 비해서) 더 많은 오버헤드를 지니게 된다. 

뮤텍스는 하나의 열쇠를 가지고 접근할 수 있는 곳에 한번에 하나의 수행을 할 수 있도록 한다. 

세마포어는 여러개의 열쇠를 가지고 

(혹은 시작시에 열쇠가 없을 수도 있다. 동작 순서를 이용하고 처음에 post 부터 발생하게 하면 멀티 스레드의 절차적 프로그래밍을 구현 가능하다. ) 

스레드나 프로세서 사이에 공유자원에 대한 제한 / 접근이 가능하다. 

그리고 각각의 함수 형은 다음과 같은 형태를 가진다. 

(실 사용 형태나 들어가야 하는 인자는 위 코드를 보고 대충 알아서 볼것... ) 

뮤텍스

초기화 : pthread_mutex_init

소멸 : pthread_mutex_destroy

lock : pthread_mutex_lock

unlock : pthread_mutex_unlock

세마포어

초기화 : sem_init

소멸 : sem_destroy

감소 : sem_wait

증가 : sem_pos