경쟁 조건 (Race Condition)

핵심 개념

경쟁 조건(Race Condition)은 여러 프로세스가 공유 데이터에 동시 접근할 때, 실행 순서에 따라 결과가 달라지는 상황이다. 고수준 연산(예: count++)이 여러 기계어 명령으로 분해되어 인터리빙(interleaving)이 발생하면, 예상과 다른 결과가 나온다.

비유하면, 두 사람이 동시에 같은 은행 계좌에서 출금하는 상황이다. 잔액 확인과 출금 사이에 다른 사람이 끼어들면 잔액이 꼬인다.

동작 원리

count++는 실제로 3단계로 분해된다: load → increment → store. 두 프로세스가 동시에 실행하면 명령어가 인터리빙된다.

Producer                    Consumer
───────────────────────────────────────
register1 = count   (5)
register1 = reg1+1  (6)
                            register2 = count   (5)
                            register2 = reg2-1  (4)
count = register1   (6)
                            count = register2   (4)
───────────────────────────────────────
결과: count = 4 (잘못된 값, 기대값은 5)

• 초기 count = 5
• Producer: count++, Consumer: count--
• 예상 결과: count = 5
• 실제 가능한 결과: 4, 5, 6 (인터리빙에 따라 다름)

특성

• 결과가 비결정적(non-deterministic) → 디버깅 매우 어려움
• 간헐적으로 발생하여 재현이 힘듦
• 데이터 무결성 훼손

예시

• 멀티스레드 프로그램에서 공유 카운터 증감
• 커널 내에서 프로세스 리스트를 동시에 수정하는 경우
• 파일 시스템에서 동일 파일을 동시에 수정하는 경우

관련 개념

• 임계구역 문제 (Critical Section) - Race Condition을 방지하는 프로토콜 설계
• 뮤텍스 락 (Mutex Lock) - 상호배제 동기화 도구
• 원자적 변수 (Atomic Variable) - Race Condition을 방지하는 lock-free 연산
• 하드웨어 동기화 명령어 - 원자적 명령어 기반 해결