Διεργασίες, νήματα, συνθήκες συναγωνισμού και κλειδώματα — DedSec Project

Διεργασίες και νήματα

Κατηγορία: Συστήματα

Βασική γνώση

Οι διεργασίες έχουν συνήθως ξεχωριστή μνήμη, ενώ τα νήματα μοιράζονται χώρο στην ίδια διεργασία. Η ταυτόχρονη εκτέλεση βελτιώνει την απόκριση αλλά εισάγει συγχρονισμό.

Πρακτική εφαρμογή

Σύγκρινε διεργασία εργασίας με δύο νήματα που αλλάζουν κοινό μετρητή.

Πώς λειτουργεί πραγματικά το σύστημα

Process έχει δικό του address space και OS resources, ενώ threads του ίδιου process μοιράζονται μνήμη αλλά έχουν ξεχωριστά stacks. Τα threads βοηθούν σε blocking I/O, ενώ CPU parallelism εξαρτάται από runtime. Το συνηθισμένο CPython GIL δεν αποτελεί μηχανισμό synchronization.

Ελεγχόμενο εκτελέσιμο πείραμα

import threading
seen=[]
def record(x): seen.append(x)
threads=[threading.Thread(target=record,args=(i,)) for i in range(3)]
for t in threads: t.start()
for t in threads: t.join()
assert sorted(seen)==[0,1,2]

Ανάλυση σφάλματος και επέκταση

Άλλαξε το append σε σύνθετο read/modify/write και προστάτευσέ το με Lock. Σύγκρινε thread scheduling με multiprocessing.Queue όπου τα δεδομένα μεταφέρονται μεταξύ processes.

Πηγή: https://docs.python.org/3/library/threading.html

Συνθήκες συναγωνισμού και κλειδώματα

Κατηγορία: Συστήματα

Βασική γνώση

Race condition υπάρχει όταν το αποτέλεσμα εξαρτάται από απρόβλεπτη σειρά ενεργειών. Προτίμησε ανταλλαγή μηνυμάτων ή αμετάβλητα δεδομένα· τα locks χρειάζονται συνεπή σειρά κτήσης.

Πρακτική εφαρμογή

Εξήγησε γιατί «διάβασε-αύξησε-γράψε» δεν είναι αυτόματα ατομικό.

Πώς λειτουργεί πραγματικά το σύστημα

Race condition σημαίνει ότι η ορθότητα εξαρτάται από αβέβαιη σειρά εκτέλεσης. Lock πρέπει να προστατεύει όλο το read-modify-write critical section, όχι χωριστά την ανάγνωση και εγγραφή. Mutex δίνει αποκλειστικότητα αλλά υπερβολικά locks προκαλούν contention ή deadlock.

Ελεγχόμενο εκτελέσιμο πείραμα

import threading
counter=[0]; lock=threading.Lock()
def increment():
    for _ in range(1000):
        with lock: counter[0]+=1
threads=[threading.Thread(target=increment) for _ in range(2)]
for t in threads:t.start()
for t in threads:t.join()
assert counter[0]==2000

Ανάλυση σφάλματος και επέκταση

Πρόσθεσε δεύτερο lock και περιέγραψε αντίστροφη σειρά acquisition που θα προκαλούσε deadlock. Διόρθωσε με κοινή lock order και κάνε δοκιμές μόνο με timeout.

Πηγή: https://docs.python.org/3/library/threading.html#lock-objects