[Deep Dive] 쓰레드와 병렬 프로그래밍 - 4탄 동기화 기법 : 읽기/쓰기 락 (Read-Write Lock)

pthread_rwlock_t: 읽기/쓰기 락 (Read-Write Lock)

개념

• 읽기 작업은 동시에 여러 개 가능,
  쓰기 작업은 오직 하나만 가능하도록 제어하는 락.
• 다수의 reader는 동시에 접근 가능
• 단 하나의 writer만 접근 가능하고, 이 동안 reader도 접근 불가
• 읽기 작업이 많은 경우 성능 향상 가능.

핵심 동작 원리

락 요청	허용 조건
읽기 락	쓰기 락이 잡혀 있지 않으면 여러 개 허용
쓰기 락	아무도 락을 잡고 있지 않아야 허용 (reader, writer 모두 없어야 함)

관련 함수 (POSIX Threads)

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);   // 읽기 락
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);   // 쓰기 락
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);   // 락 해제
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);

1. 선언 및 초기화

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

혹은 수동 초기화:

pthread_rwlock_t rwlock;
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);

• 읽기-쓰기 락을 초기화한다.
• rwlock: 초기화할 pthread_rwlock_t 객체의 포인터
• attr: 락 속성 (보통 NULL 사용하여 기본 속성으로 설정)

반환값

• 0: 성공
• EINVAL: 속성이 유효하지 않음
• ENOMEM: 메모리 부족

2. 읽기 락 (공유 락)

pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);

• 읽기 락을 획득
• 다른 읽기 락과는 공존 가능
• 쓰기 락이 있으면 대기

내부적으로는 다음과 같은 일을 함

1. 쓰기 락이 존재하는지 검사
2. 없으면 읽기 락 획득 (락 카운터 증가)
3. 있으면 대기열에 들어가 블로킹

반환값

• 0: 성공
• EINVAL: 락이 유효하지 않음
• EDEADLK: 동일 쓰레드가 이미 락을 보유 중일 때 (POSIX 일부 구현에서는 허용 안 함)

3. 쓰기 락 (배타 락)

pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);

• 쓰기 락을 획득
• 읽기/쓰기 락 모두 없어야 통과
• 단 하나의 쓰레드만 쓰기 락을 가질 수 있음

내부 동작

1. 읽기 락, 쓰기 락 모두 없는 상태여야 함
2. 두 조건이 충족되면 쓰기 락 획득
3. 쓰기 락이 잡히면 reader와 writer 모두 대기

반환값

• 0: 성공
• EINVAL: 락이 유효하지 않음
• EDEADLK: 동일 쓰레드가 이미 락을 보유 중일 때 (POSIX 일부 구현에서는 허용 안 함)

4. 비차단 읽기 락

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 비차단(non-blocking) 읽기 락 시도
• 즉시 성공하거나 EBUSY를 리턴한다.

반환값

• 0: 성공
• EBUSY: 이미 쓰기 락이 걸려있어서 실패
• EINVAL: 락이 유효하지 않음

5. 비차단 쓰기 락

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 비차단 쓰기 락 시도
• 락이 사용 중이면 즉시 EBUSY를 리턴하고 대기하지 않음

반환값

• 0: 성공
• EBUSY: 이미 누군가 읽거나 쓰고 있음
• EINVAL: 유효하지 않은 락 객체

6. 락 해제

pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

• 읽기 락 또는 쓰기 락을 해제
• 어떤 락이 걸려 있는지에 따라 내부 처리 방식이 다름

내부 동작

• 읽기 락인 경우: 읽기 락 카운터 감소
• 쓰기 락인 경우: 락 완전 해제
• 마지막 unlock이 되면 대기 중인 쓰레드들에게 wake-up

반환값

• 0: 성공
• EINVAL: 락 객체가 유효하지 않음
• EPERM: 락을 보유한 쓰레드가 아님 (특히 쓰기 락의 경우 중요)

7. 파괴

pthread_rwlock_destroy(&rwlock);

• 락 객체를 파괴하고, 관련 자원을 해제한다.
• 락이 사용 중일 경우 파괴하면 안 됨

반환값

• 0: 성공
• EBUSY: 아직 락이 걸려 있거나, 대기 중인 쓰레드가 있음
• EINVAL: 잘못된 객체

예제 코드

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int shared_data = 0;
pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

void* reader(void* arg) {
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    printf("Reader read: %d\n", shared_data);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}

void* writer(void* arg) {
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    shared_data++;
    printf("Writer wrote: %d\n", shared_data);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2, t3;

    pthread_create(&t1, NULL, reader, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, writer, NULL);
    pthread_create(&t3, NULL, reader, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_join(t3, NULL);

    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
    return 0;
}