강의 메모 - SpinLock & Busy Waiting #

개요 #

• 스핀락(SpinLock)은 뮤텍스나 세마포어와 같은 동기화 기법의 일종으로, 기다리지 않고 스레드가 임계영역을 사용할 수 있을 때까지 계속 반복하여 검사하는 동기화 메커니즘이다

작동방식 #

1. 스레드가 공유 자원에 접근하려고 할 때, 먼저 스핀락을 시도한다
2. test_and_set() 함수가 이전 락 값인 0 을 반환하면 아직 락이 잠기지 않았다는 것을 의미하며 while 루프를 빠져 나온다
3. 스레드는 스핀락을 얻고 해당 자원을 사용한다
4. 그러나 이전 락 값이 1이면 이미 다른 스레드에 의해 잠긴 것을 의미하며 스핀락을 얻을 때까지 계속해서 반복적으로 검사를 수행한다
5. 스레드가 자원 사용이 끝나면 lock 을 0 으로 변경해서 스핀락을 해제한다

Busy Waiting (바쁜 대기) #

• Busy waiting은 스레드가 어떤 조건이 만족될 때까지 계속해서 반복적으로 검사하는 것을 말한다
• 스레드가 특정 조건을 기다리는 동안 아무런 유용한 작업을 수행하지 않고, 무한 반복 루프를 돌며 CPU 자원을 계속 사용하는 것을 의미한다
• 스핀락은 이러한 busy waiting을 사용하는 동기화 기법 중 하나이다

스핀락 자바 구현 #

• 임계영역을 수행하고 unlock() 호출

스핀락의 장점, 단점 #

• 장점

  • 컨텍스트 스위칭 비용 감소
    • 스핀락은 뮤텍스(Mutex)나 세마포어(Semaphore)와 같은 블로킹 기반의 동기화 기법과 달리, 스레드가 공유 자원을 얻을 때까지 블로킹하지 않고 반복적으로 검사(busy waiting)한다. 따라서 스핀락은 컨텍스트 스위칭 비용을 감소시키고, 빠른 공유 자원 접근을 가능하게 한다
  • 대기 시간 감소:
    • 스핀락은 블로킹 대기 없이 바로 공유 자원에 접근하려고 시도하기 때문에, 컨텍스트 스위칭 하는 시간 보다 임계영역의 대기 시간이 더 짧을 때 유리하다

• 단점

  • 무한 루프로 인한 CPU 리소스 낭비
    • 스핀락은 공유 자원이 사용 중일 때 무한 루프를 돌면서 계속해서 검사하므로, 다른 스레드가 공유 자원을 해제하지 않는 경우에는 busy waiting으로 인해 CPU 리소스가 낭비될 수 있다
  • 스핀락은 공유 자원에 대한 경쟁이 많은 경우, 또는 대기 시간이 긴 경우에는 비효율적이며 스레드들이 공유 자원에 대한 경쟁이 강하게 발생할 경우 스핀락을 사용하면 대기 시간이 더 길어질 수 있다

• 싱글 코어 & 멀티 코어

  • 싱글코어에서 스핀락을 사용하면, 해당 스레드가 무한 루프를 돌면서 다른 스레드가 CPU를 점유할 기회를 주지 않기 때문에 싱글코어 환경에서는 일반적으로 busy waiting으로 인해 성능이 저하될 수 있으므로 멀티코어 환경에서 사용하는 것이 더 효율적이다

• ※ 스핀락은 멀티 코어 환경에 상관없이 대기 시간이 긴 경우나 공유 자원에 대한 경쟁이 많은 경우에는 다른 동기화 기법을 고려하는 것이 좋다 대부분의 경우, 스핀락보다는 뮤텍스(Mutex)나 세마포어(Semaphore) 등의 블로킹 기반의 동기화 기법을 사용하는 것이 더 적합할 수 있다.