Mutex/lock
다른 챕터에서 소개했던 thread는 어떤 경우에 프로그램에 버그를 일으킬 수 있습니다.
Multi-threaded 프로그래밍에서 이러현 상황은 매우 일반적입니다.
쉬운 이해를 위해 아래의 코드로 이 상황을 설명하겠습니다.struct Student를 전역 변수로 선언 후 2개의 thread를 정의합니다. A thread는 student변수에 값을 할당하고, B thread는 student의 값을 복사하여 각 멤버변수의 값을 로그로 출력합니다.
Question : 만약 두 thread가 동시에 시작되면 B thread에서 출력되는 결과는 어떻게 될까요?
#include <system/Thread.h>
struct Student {
char name[24];
int age;
int number;
};
struct Student student = {0};
class AThread: public Thread {
public:
virtual bool threadLoop() {
snprintf(student.name, sizeof(student.name), "David");
student.age = 10;
student.number = 20200101;
return true;
}
};
class BThread: public Thread {
public:
virtual bool threadLoop() {
struct Student s = student;
LOGD("name : %s", s.name);
LOGD("age : %d", s.age);
LOGD("student id number : %d", s.number);
return true;
}
};
static AThread athread;
static BThread bthread;
먼저 우리가 원하는 결과는 아래와 같습니다.
name：David
age：10
student id number：20200101
그러나 실제로 많은 테스트를 할 경우, 대부분의 결과는 우리가 예상했던 결과를 출력하지만 아래와 같은 결과가 출력되는 경우도 발생합니다.
name：
age：0
student id number：0
name：xiaoming
age：0
student id number：0
name：xiaoming
age：10
student id number：0
만약 프로그램에서 "abnormal"한 결과가 나온다면, 이것은 버그로 판단할 수 있습니다.
원인 분석
Multiple threads 프로그램에서 thread의 실행 순서는 시스템의 스케쥴링에 의해 결졍됩니다. A thread의 instructions를 모두 실행한 후 B thread의 instruction을 실행하고, 다시 A thread의 instructions를 실행할 수도 있습니다.
위의 예제에서 student변수에 완전한 값을 할당하기 위한 3개의 statements가 있습니다. 만약 첫 statement만 실행되었을 때(name의 값만 할당됨), 시스템이 B thread로 스위칭을 했습니다. 그러면 이때 B thread가 읽는 student에는 name만 유효하고, age와 number는 0인 상태로 'abnormal'이 발생합니다.
해결 방법
이러한 이유로 A thread의 instructions들이 모두 완료가 된 후 B thread로 스위칭한다는 것을 확립할 수 있다면 이 문제는 해결됩니다.
구현 방법
이러한 프로그램에서 mutual exclusion lock은 데이터 공유에 대한 무결성을 확립해줄 수 있는 개념입니다. "mutual exclusion lock"이라 불릴 수 있는 해당 객체는 어떤 순간에서든 하나의 thread에서만 해당 객체에 접근할 수 있습니다.
아래는 FlywizOS에서 제공하는 mutual exclusion lock 기능입니다.
Mutex 정의
static Mutex mutex1;Lock이 필요한 곳에
Mutex::Autolockclass instance를 정의합니다.// This class utilizes the life cycle of local variables and the structure and destructor of C++ classes to automatically // implement locking and unlocking operations. Mutex::Autolock _l(mutex1);
아래 코드는 위의 A와 B thread 예제를 이용해 수정된 코드입니다.
#include <system/Thread.h>
struct Student {
char name[24];
int age;
int number;
};
struct Student student = {0};
//Define a mutex
static Mutex mutext1;
class AThread: public Thread {
public:
virtual bool threadLoop() {
//Lock the statement of the function, and automatically unlock after the function ends
Mutex::Autolock _lock(mutext1);
snprintf(student.name, sizeof(student.name), "David");
student.age = 10;
student.number = 20200101;
return true;
}
};
class BThread: public Thread {
public:
virtual bool threadLoop() {
//Lock the statement of the function, and automatically unlock after the function ends
Mutex::Autolock _lock(mutext1);
struct Student s = student;
LOGD("nanme：%s", s.name);
LOGD("age：%d", s.age);
LOGD("student id number：%d", s.number);
return true;
}
};
static AThread athread;
static BThread bthread;
코드에서 lock은 두 thread에서 student와 관련하여 동작합니다.
A thread가 실행되었을 때, Mutex::Autolock _lock(mutext1); statement를 통해 mutex1의 mutex가 얻어집니다. 이후 A thread가 unlock되지 않고 B thread가 실행되면 B thread 역시 Mutex::Autolock _lock(mutext1); statement로 mutext1 의 mutex을 원하게 됩니다. 그러나 이 mutex는 이미 A thread에 의해 획득되었기에 B thread가 이를 획득하기 위해서는 A thread가 해당 mutex를 unlock하는 것을 기다릴 수 밖에 없고, mutex를 획득 한 후에야 정상적으로 다음 statement로 진행할 수 있습니다.
기본적인 프로젝트에도 이와 관련한 코드를 찾아볼 수 있습니다.(jni/uart/ProtocolParser.cpp)
void registerProtocolDataUpdateListener(OnProtocolDataUpdateFun pListener) {
Mutex::Autolock _l(sLock);
LOGD("registerProtocolDataUpdateListener\n");
if (pListener != NULL) {
sProtocolDataUpdateListenerList.push_back(pListener);
}
}
Note : 이상의 예제로 mutex에 대한 개념을 충분히 이해하지 못했다면 인터넷을 통해 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다.
Note : FlywizOS의 시스템은 Linux를 기반으로 하고 있어 standard Linux의 mutex도 사용할 수 있습니다.