[OS] 32장: Common Concurrency Problems

32장: Common Concurrency Problems

병행성 특징

장점

• 처리율 향상
• 멀티 스레드의 장점

단점

• 오류 발생 가능성이 높음
  • 교착 상태 오류
  • 비 교착 상태 오류

비교착 상태 오류

원자성 위반

작업을 원큐에 못 끝내는 경우들
ex) 인터럽트 당하면 안되는 것들

• 직렬성 보장 필요
• 공유변수에 락 사용

순서위반

A 작업을 해야 B 작업을 할 수 있는 스레드 작업

• 공유 변수 접근 순서 역전을 막기 위해
• 조건 변수로 초기화

교착 상태

데드락이 발생하는 코드

데드락은 왜 발생하는가 ?

1. 복잡한 의존성
2. 캡슐화의 특성

교착상태 발생조건 4가지

아래 중 단 하나라도 만족하지 않으면,
교착 상태는 일어나지 않음

즉, 하나라도 안 일어나게 해야 함

1. 상호 배제
   한 번에 한 스레드만 자원을 사용
2. 점유와 대기
   최소한 하나의 자원을 점유한 스레드가
   다른 스레드 작업을 요구하며 대기
3. 비선점
   스레드가 점유한 자원을 강제로 뺏지 못함
4. 순환 대기
   스레드의 자원 점유와 대기가 원형으로 연결

교착 상태 처리

1. 교착상태 예방
   비용 증가, 동시성 줄어듬, 데드락 피해가 큼
2. 교착상태 회피
3. 교착상태 탐지 및 회복
4. 교착상태 무시
   비용 적음, 동시성 증가, 데드락 피해가 적음

교착상태 예방

1. 순환 대기 예방하기

절대 순환이 생기지 않게 하면 됨

획득하는 전체 순서를 정해두면 됨

L1, L2 락이 있다면 무조건 L1부터 집어야 L2 되게끔

2. 점유와 대기

모든 자원을 동시에 획득하고,
동시에 해제하도록 강제

• 병행성/효율성 감소
• 캡슐화와 맞지 않음

3. 비선점

요청하는 자원을 대기중인 스레드가 점유중이면,
강제 선점함

• trylock() 활용하기

만약, 다른 스레드가 lock(L2), tryLock(L1)의 순서로 같은 시도를 한다면 ?

Livelock의 문제

각 스레드가 반복적으로 실행하지만,
아무도 못 얻고 무한반복

→ 두 개의 스레드가 거울처럼 동작하면, 대칭성을 끊어주면 됨

두 번째 Lock을 얻기 전에 Sleep을 하게 하면 됨

4. 상호배제

반드시 상호배제가 보장되어야 할 때가 있음
그래서 Lock-free 방식 or Wait-free 방식 사용

void AtomicIncrement(int* value, int amount) {
        do {
                int old = *value;
        }while(CompareAndSwap(value, old, old+amount) == 0);
}

• 락을 획득해서 값 갱신 후 해제하는 대신에
  CompareAndSwap을 통해 값에 새 값을 갱신하도록 반복적으로 시도함
• 락을 획득할 필요가 없음 = 교착 상태 X

Lock 없이 상호배제 영역을 줄여서 데드락을 줄임

스케줄링: 교착상태 회피

교착 상태가 일어나지 않도록 스케줄링

각각의 락을 누가 사용/요청하는지 알아야 함

Q. 2개의 CPU에서 4개의 스레드 실행하는 경우

• T1이 L1, L2 필요
• T2도 L1, L2 필요
• T3는 L2 필요
• T4는 필요 X

T1, T2만 서로 동시에 실행 안 하면 상관없음

만약 더 복잡해진다면 ?

데드락은 발생하지 않으나,

반환 시간이 길어지게 됨

교착상태 탐지 및 회복

교착상태 발생 허용 → 사후 감지 및 회복

감지

• 주기적인 시스템 감지
• 자원할당 그래프를 구축하여 사이클 점검

회복

• 운영자가 수작업 처리
• 자동 - 사이클 제거될 때까지 희생자 선택해서 자원 회수