동시성 제어(Concurrency Control)란 여러 개의 프로세스나 스레드가 동시에 공유 자원(예: 데이터베이스, 파일, 메모리 등)에 접근할 때 발생할 수 있는 문제를 관리하고 제어하는 기술이나 메커니즘을 말합니다. 동시성 제어는 데이터의 일관성과 무결성을 보장하며, 경합 조건(Race Condition), 데드락(Deadlock), 교착상태(Starvation) 등과 같은 문제를 해결하기 위해 사용됩니다.

동시성 문제

동시성 문제는 여러 프로세스나 스레드가 동시에 공유 데이터에 접근할 때 발생할 수 있습니다:

1. 경합 조건 (Race Condition):
   • 두 개 이상의 프로세스나 스레드가 공유 자원에 접근하여 동시에 값을 변경하려고 할 때 발생할 수 있는 문제입니다. 예를 들어, 동시에 같은 변수를 증가시키는 작업이라면, 각 작업이 서로 영향을 미칠 수 있습니다.
2. 데드락 (Deadlock):
   • 두 개 이상의 프로세스나 스레드가 서로 상대방의 자원을 점유하고 있기 때문에 더 이상 진행할 수 없는 상태입니다. 데드락은 모든 자원이 점유된 상태에서만 발생할 수 있습니다.
3. 교착상태 (Starvation):
   • 한 프로세스나 스레드가 계속해서 필요한 자원을 얻지 못하고 기다리는 상태입니다. 다른 프로세스나 스레드들이 지속적으로 자원을 점유하여 해당 프로세스나 스레드가 영원히 자원을 얻지 못할 수 있습니다.

동시성 제어 방법

동시성 문제를 해결하기 위한 주요 동시성 제어 기법과 메커니즘은 다음과 같습니다:

1. Locking (잠금):
   • 잠금을 사용하여 한 번에 하나의 프로세스나 스레드만 공유 자원에 접근하도록 합니다. 가장 일반적인 동시성 제어 기법으로, Mutual Exclusion을 제공합니다. 예를 들어, 뮤텍스(Mutex)나 세마포어(Semaphore)를 사용합니다.
2. 트랜잭션(Transaction):
   • 데이터베이스에서 사용되는 동시성 제어 기법으로, ACID 원칙(원자성, 일관성, 고립성, 지속성)을 통해 데이터의 일관성을 보장합니다. 트랜잭션 내의 작업들은 원자적(Atomic)으로 실행되어야 하며, 동시성 제어 기법을 통해 여러 트랜잭션이 서로 영향을 미치지 않도록 합니다.
3. 스레드 세이프 (Thread-Safe):
   • 멀티스레드 환경에서 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전하도록 설계된 코드를 의미합니다. 예를 들어, 스레드 세이프한 자료구조나 메서드를 사용하여 여러 스레드가 동시에 접근해도 문제가 발생하지 않도록 합니다.
4. 쓰레드 동기화 (Thread Synchronization):
   • 여러 스레드 간의 동기화를 통해 작업의 순서를 제어하거나 데이터의 일관성을 유지하는 방법입니다. 동기화 기법으로는 락, 조건 변수(Condition Variable), 스핀락(Spinlock) 등이 사용됩니다.

결론

동시성 제어는 다수의 프로세스나 스레드가 공유 자원에 안전하게 접근하고 작업할 수 있도록 보장하는 중요한 기술입니다. 경합 조건, 데드락, 교착상태와 같은 문제를 방지하고, 데이터의 일관성과 무결성을 유지하기 위해 다양한 동시성 제어 기법과 메커니즘이 사용됩니다. 이를 통해 안전하고 효율적인 다중 사용자 시스템을 구축할 수 있습니다.