[시스템프로그래밍] Mutex에 관하여

Mutex는 스레드 동기화를 구현하고 여러 쓰기가 발생할 때 공유 데이터를 보호하는 주요 수단

• 공유 데이터 리소스에 대한 액세스를 보호하는 잠금 역할
• 한 번에 하나의 스레드만 mutex 변수를 잠그거나 소유할 수 있다.
  • 따라서 여러 스레드가 mutex를 잠그려고 해도 하나의 스레드만 성공
• 소유한 스레드가 해당 mutex를 잠금 해제할 때까지 다른 스레드는 해당 mutex 소유 불가능
• 스레드는 보호된 데이터에 번갈아가며 액세스해야
  • Mutex는 race condition을 방지하는 데 사용

 

Mutex 소유 → 전역 변수 업데이트

• 업데이트되는 변수 → critical section에 속함

 

Mutex를 사용하는 것은 프로그래머의 책임!

 

Mutex 실행 순서

1. Mutex 변수 생성 후 초기화
2. 여러 스레드가 mutex를 잠그려 시도
3. 하지만 하나만 성공하며 해당 스레드가 mutex 소유
4. 소유한 스레드가 동작 수행
5. 소유한 스레드가 mutex 잠금 해제
6. 다른 스레드가 mutex 획득 과정 반복
7. mutex 파괴

 

Mutex 생성

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, 
const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

 

pthread_mutex_t

• Mutex lock을 표현하는 변수 형식
• 사용 전에 반드시 초기화되어야 함

 

정적 변수의 초기화

• 단순히 'PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER'를 할당하면 된다.
• 동적으로 할당된 변수의 초기화

 

pthread_mutex_init() 함수 호출

• mutex 속성 객체를 위한 'attr' 매개변수, 기본값은 NULL
• 성공 시 0, 실패 시 0이 아닌 오류 코드 return

이미 초기화된 mutex의 초기화 → 동작이 정의되어 있지 않음

 

Mutex Destroy(파괴)

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)

성공 시 0, 실패 시 0이 아닌 오류 코드 return

스레드가 파괴된 후에 mutex를 참조하는 경우

하나의 스레드가 파괴 함수를 호출하고 다른 스레드가 mutex를 잠근 경우

→ 정의되지 않은 동작

 

Mutex Locking/unlocking

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

 

pthread_mutex_lock()

• Mutex가 사용 가능할 때까지 블록됨

 

pthread_mutex_trylock()

• 항상 즉시 반환됨
• 성공 시 0, 실패 시 0이 아닌 오류 코드 return

예시

pthread_mutex_t mylock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&mylock);
/* critical section */
pthread_mutex_unlock(&mylock);

 

At-Most-Once execution

#include <pthread.h>
int pthread_once(pthread_once_t *once_control, void (*init_routine)(void));
pthread_once_t once_control = PTHREAD_ONCE_INIT;

mutex에 액세스하기 전에 pthread_mutex_init을 호출하는 것이 중요

→ 하지만 mutex를 초기화하는 작업은 모든 스레드에 대해 정확하게 한 번만 이루어져야 하며 각 스레드가 독자적으로 초기화하면 문제가 발생할 수 있다!

pthread_once()

• 'once_control'은 PTHREAD_ONCE_INIT으로 정적으로 초기화되어야 함
• 'init_routine'은 **pthread_once**가 처음 호출될 때 호출되며 이후의 호출에서는 호출되지 않음

 

At-least-once semantics are important for initialization

• If you choose to use pthread_mutex_init, you need both atmost-once and at-least-once semantics (= exactly once)
• -> At-Most-Once도 중요하지만 At-Least-Once도 중요하다!