6-1. Synchronization (1)

중앙대학교 3-2 리눅스 응용 설계 (손용석 교수님) 과목 정리입니다.

Synchronization

The need for synchronization

• Shared resources (data structures, variables)
  • When multiple threads are dependent on a shared resource and they need to access it at the same time, it needs to ensure that only one thread accesses it at a given point in time.

** child thread는 parent thread의 global variable에 접근 가능

** child process는 parent process의 global variable에 접근 불가

Critical Section and Race Condition

• Critical Section
  • a piece of code that accesses resources shared among multiple threads (tasks)
  • 여러 스레드들 사이에서 공유된 자원에 접근하는 code 부분
• Race condition
  • Multiple threads (tasks) access the same resource and the final result depends on interleaving of multiple threads
  • 여러 개의 thread 들이 동일한 resource에 접근하고, 결과는 여러 thread들의 interleaving에 달려있다.
  • Interleaving : 주기억 장치를 구성할 때 한 기억 장치 모듈 내의 연속적인 기억 장치 소자들에 연속적으로 주소를 붙이지 않고, 일정한 수의 배수만큼 거리를 두고 배정하는 방법.

Critical Section

• A critical section is a code segment that accesses shared variables and has to be executed as an atomic action (all or nothing)
  • 오직 하나의 thread만이 critical section을 실행할 수 있어야 한다.
  • 다른 thread가 critical section을 실행하기를 원하는 경우, critical section을 실행중인 thread가 끝나기를 기다려야 한다.

An Example of Critical Section

• updating a single global variable
  • 두 개의 thread가 동시에 i를 update한다면 result가 항상 똑같다는 것을 보장할 수 없다

• Updating local variables
  • a와 b를 동시에 update 한다면 결과가 항상 동일한 것을 보장할 수 있다.

⇒ Local variable은 critical section이 아님 (shared resource가 아니기 때문)

Sharing Resources

• Local variable은 thread 사이에서 공유되지 않는다.
  • 각 thread들은 각자의 stack을 가짐
• Global variable은 thread를 통해 공유된다.
  • data segment에 저장되어 모든 thread가 접근 가능하다.
• Dynamic objects 또한 thread를 통해 공유된다.
  • heap에 저장되어 pointer를 통해 공유된다.

•  

Synchronization

• Linux kernel provides synchronization primitives
  • single core
    • disabling preemption (or interrupts)
    • prevent other tasks (or ISRs) from running
  • multi-core
    • atomic operations : perform multiple actions
    • Locking primitives : prevent other tasks from entering a critical section
      • spinlock
      • semaphore
      • mutex