데이터의 접근

• Storage-Box 와 Execution-Box 는 반효경 교수님이 만든 용어임..ㅎㅎ..

Race Condition(경쟁 상태)

• Storage-Box 를 공유하는 Execution-Box 가 여럿 있는 경우 Race Condition 의 가능성이 있음
  • 예) count 변수를 더하는 연산과 빼는 연산이 각각 연산을 하기 위해 count 의 값을 참조함 → 더하는 연산 실행 → 빼는 연산 실행 → 결과적으로 빼는 연산만 적용
• 공유 메모리를 사용하는 프로세스들
• 커널 내부 데이터를 접근하는 루틴들
  • 예) 커널모드 수행 중 인터럽트로 커널모드 다른 루틴 실행시

OS 에서 Race Condition 은 언제 발생하는가?

• Kernel 수행 중 인터럽트 발생 시

  

  • 커널모드 running 중 interrupt 가 발생하여 인터럽트 처리루틴이 수행 → 양쪽 다 커널 코드이므로 kernel address space 공유
    • 운영체제 커널에서 count++ 연산을 수행하기 위해 register 에 count 값을 load 한다
    • 연산을 수행하기 위해 register 에 있는 count 값을 increase 한다
    • 커널에서 요청한 연산을 수행하는 동안 Interrupt handler 가 count— 요청을 한다
    • Interrupt handler 도 연산을 하기 위해 register 에 load 하고 decrease 한다
    • count++ 한 결과를 store 한다
    • count— 한 결과를 store 한다 → 덮어쓰기
  • 해결책 : count 에 접근한 연산이 있는 경우 다른 곳에서 접근하지 못하게 막을 수 있다

• Process 가 system call 을 하여 kernel mode 로 수행 중인데 context switch 가 일어나는 경우

  

  • 두 프로세스의 address space 간에는 data sharing 이 없음
  • 그러나 system call 을 하는 동안에는 kernel address space 의 data 를 access 하게 됨(share)
  • 이 작업 중간에 CPU 를 preempt 해가면 race condition 발생

  

  • 해결책 : 커널 모드에서 수행중일 때는 CPU 를 preempt 하지 않음. 커널 모드에서 사용자 모드로 돌아갈 때 preempt

• Multiprocessor 에서 shared memory 내의 kernel data

  

  • 어떤 CPU 가 마지막으로 count 를 store 했는가? → race condition
  • multiprocessor 인 경우 interrupt enable/disable 로 해결되지 않음
  • 방법1) 한번에 하나의 CPU 만이 커널에 들어갈 수 있게 하는 방법 → Multiprocessor 장점이 사라짐
  • 방법2) 커널 내부에 있는 각 공유 데이터에 접근할 때마다 그 데이터에 대한 lock/unlock 을 하는 방법

Process Synchronization 문제

• 공유 데이터(shared data) 의 동시 접근(concurrent access) 은 데이터의 불일치 문제(inconsistency) 를 발생시킬 수 있다
• 일관성(consistency) 유지를 위해서는 협력 프로세스(cooperating process) 간의 실행 순서(orderly execution) 를 정해주는 메커니즘 필요
• Race condition
  • 여러 프로세스들이 동시에 공유 데이터에 접근하는 상황
  • 데이터의 최종 연산 결과는 마지막에 그 데이터를 다룬 프로세스에 따라 달라짐
• race condition 을 막기 위해서는 concurrent process 는 동기화(synchronize) 되어야 한다

Example of Race Condition

• 사용자 프로세스 P1 수행 중 timer interrupt 가 발생해서 context switch 가 일어나서 P2 가 CPU 를 잡으면?