경쟁 상태(Race Condition)

경쟁 상태(Race Condition)

경쟁 상태란 공유 자원에 대해 여러 프로세스가 동시에 접근할 때, 결과값에 영향을 줄 수 있는 상태이다.

 

임계 영역(Critical Section)

경쟁 상태를 이해하려면 임계 영역을 알아야 한다.

 

임계 영역은 여러 프로세스가 데이터를 공유하며 수행될 때, 각 프로세스에서 공유 데이터를 접근하는 프로그램 코드 부분이다.

 

경쟁 상태가 발생하는 경우

1. 커널 작업을 수행하는 중에 인터럽트 발생

• 문제점 : 커널 모드에서 데이터를 로드하여 작업을 수행하다가 인터럽트가 발생하여 같은 데이터를 조작하는 경우
• 해결법 : 커널 모드에서 작업을 수행하는 동안, 인터럽트를 disable 시켜 CPU 제어권을 가져가지 못하도록 한다.

2. 프로세스가 'System Call'을 하여 커널 모드로 진입하여 작업을 수행하는 도중 문맥 교환이 발생할 때

• 문제점 : 프로세스1이 커널모드에서 데이터를 조작하는 도중, 시간이 초과되어 CPU 제어권이 프로세스2로 넘어가 같은 데이터를 조작하는 경우 (프로세스2가 작업에 반영되지 않음)
• 해결법 : 프로세스가 커널모드에서 작업을 하는 경우 시간이 초과되어도 CPU 제어권이 다른 프로세스에게 넘어가지 않도록 한다.

3. 멀티 프로세서 환경에서 공유 메모리 내의 커널 데이터에 접근할 때

• 문제점 : 멀티 프로세서 환경에서 2개의 CPU가 동시에 커널 내부의 공유 데이터에 접근하여 조작하는 경우
• 해결법 : 커널 내부에 있는 각 공유 데이터에 접근할 때마다, 그 데이터에 대한 lock/unlock을 하는 방법

쉽게 이해하기 위한 예시 (은행 계좌 예제)

초기 잔액이 100원 있다고 할 때,

 

입금 스레드

+50

 

출금 스레드

-30

 

정상 결과

120원

 

경쟁 상태 발생

입금 스레드
100 읽음

출금 스레드
100 읽음

입금 결과 저장
150

출금 결과 저장
70

 

최종 결과

70원

 

잘못된 값이 된다.

 

참고 자료

https://gyoogle.dev/blog/computer-science/operating-system/Race%20Condition.html

경쟁 상태(Race Condition) | 👨🏻‍💻 Tech Interview