C: thread safe and reentrant

thread safe는 단순히 용어만 보더라도, thread 환경에서 잘 동작하는 구나라는 것을 직관적으로 알 수 있다. 하지만 reentrant는 그렇지 않다. 과거에는 reentrant와 thread safe를 혼용하여 쓰는 책들도 더러 있었다. 이에, 이 둘을 명확히 구분하고 이해해보고자 한다.

 

thread safe

 `thread safe`는 말 그대로, 멀티 스레드 환경에서도 원래 의도한 대로 동작하는 코드를 의미한다. 예를 들어 `critical section`에 접근하고자 할 때, 스레드 별로 동기화를 하지 않게 되면 원치 않는 결과와 직면하게 된다.

 

char arr[10];
int idx = 0;

int func(char c)
{
    int i = 0;
    
    if (idx >= sizeof(arr))
        return -1;
    
    /* Lock the mutex here */
    arr[idx] = c;
    idx++;
    /* Unlock the mutex here */
    
    return idx;
}

 위의 함수를 여러 스레드에서 접근하고자 한다면, `global variable`인 `arr`, `idx`를 다루는 부분이 `critical section`이 될 것이다. 따라서, 이를 정상적으로 동작하기 위해 동기화를 하여야 한다.

 

reentrant

 `reentrant`는 반드시 해당 조건이 충족되어야 되는 것은 아니지만, 다음 조건들을 충족하여야 발생할 수 있는 오류를 방지할 수 있다.

 

• global, static variable을 사용, 반환하면 안 된다.
  • 재진입하였을 때, 해당 값을 읽거나 변경하면 원치 않는 값이 될 수 있기 때문이다.
• 함수 호출 시 제공한 매개 변수만으로 동작하여야 한다.
• 함수 내에 non-reentrant를 호출하면 안 된다.

 

int i;

// 전역 변수를 반환하므로, non-reentrant.
int test1()
{
    return i * 5;
}

// non-reentrant인 test1()을 호출하므로, non-reentrant.
int test2()
{
    return test1() * 5;
}

 

// test1()과 test2()는 reentrant.
int test1(int i)
{
    return i * 5;
}

int test2(int i)
{
    return test1(i) * 5;
}

 위와 같이 전역 변수를 사용하지 않고, 매개 변수만을 사용하며 reentrant 함수를 호출하는 경우에 가능하다는 것을 알 수 있다.

 

thread safe vs reentrant

 위의 개념을 명확히 이해하였다면 다음과 같은 결론에 도달하게 된다. `thread safe`라는 것은 global variable에 여러 스레드가 동시에 접근해야 하는 경우, 데이터의 손실을 방지하기 위해 동기화를 사용하여 원하는 결과를 얻을 수 있도록 함을 의미한다. 하지만 이를 자세히 본다면, 동기화를 위해서는 동시에 여러 스레드가 동작하는 것이 아닌 lock을 획들 수 있는 일부 스레드만 동작하게 된다. 따라서 스레드 별로 별도로 처리하여야 하는 경우 reentrant하게 함수를 작성하게 되면 데이터를 손실시키지 않으며, 동기화 없이 병렬적으로 동작할 수 있게 된다.