Race Condition

Race Condition (경쟁 상태) 이란?

• 두 개 이상의 프로세스가 공통 자원을 동시에 읽거나 쓰는 동작을 할 때, 공용 데이터에 대한 접근 순서에 따라 실행 결과가 같지 않고 달라지는 상황을 뜻한다.

• Race의 뜻 그대로, 두개의 스레드가 하나의 자원을 놓고 서로 사용하려고 경쟁하는 상황을 말한다.

Race Condition 예시

• 생산자 - 소비자 모델

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위 그림과 같이 A와 B 프로세스가 같은 버퍼를 공유하고 있는 상태이고, A는 공유하고 있는 버퍼에 데이터를 채워 넣고, B는 데이터를 가져간다. ( 버퍼가 가득 차있으면 A는 빈 공간이 생길 때까지 대기하고, 버퍼가 텅 비어있으면 B는 A가 데이터를 넣어줄 때까지 대기한다. )

여기서 두 프로세스는 counter라는 int형 변수를 이용해 버퍼에 얼만큼의 데이터가 존재하는지 파악한다.  
이러한 상황에서 A는 counter++, B는 counter-- 을 실행하게 된다.  

- 예상대로 A가 먼저 데이터를 채워넣고, B가 데이터를 가져가는 경우 
→ counter 값 유지  

- 하지만 A가 호출되고 바로 직후 B가 실행되어, A의 연산이 끝나기 전에 B가 실행되어버리는 경우 
→ A와 B의 counter 값이 서로 달라 시스템에 오류 발생

이처럼 공용 데이터에 대한 접근 순서에 따라 실행 결과가 동일하지 않는 상황이 Race Condition이다.

발생 환경

1. 멀티 프로세스 / 스레드

• 멀티 프로세스 환경에서 2개의 PCU가 동시에 커널 내부의 공유 데이터에 접근하여 조작하는 경우

• 멀티 스레드 환경에서 공통 자원을 병행하여 작업할 때

→ 해결법 : 커널 내부에 있는 각 공유 데이터에 접근할 때마다, 그 데이터에 대한 lock/unlock을 한다.

2. 커널 작업

• 커널 모드에서 데이터를 로드하여 작업을 수행하다가 인터럽트가 발생하여 같은 데이터를 조작하는 경우

→ 해결법 : 커널모드에서 작업을 수행하는 동안, 인터럽트를 disable 시켜 CPU 제어권을 가져가지 못하도록 한다.

3. 프로세스의 시스템콜

• 프로세스가 시스템콜을 하여 커널모드로 진입하여 작업을 수행하는 도중 문맥 교환이 발생하는 경우

• 프로세스가 데이터를 조작하는 중, 시간이 초과되어 CPU 제어권이 다른 프로세스로 넘어가 같은 데이터를 조작하는 경우

→ 해결법 : 프로세스가 커널모드에서 작업을 하는 경우 시간이 초과되어도 CPU 제어권을 다른 프로세스에게 넘겨주지 못하도록 한다.