スピンロックとデッドロックの回避
スピンロックとは？
マルチプロセッサシステムでは、異なるCPU上でカーネルのデータが同時にアクセスされることがあります。このデータを安全に保護するため、同期手法としてセマフォが用いられることがありますが、すべてのケースで最適とは限りません。
特に、データ更新が短時間で済む場合、セマフォの使用は非効率的です。なぜなら、セマフォを確認するたびに、カーネルはプロセスをセマフォ待ちリストに登録し、一時停止（スリープ）させる必要があるからです。その間に、他のカーネル実行パスがすでにセマフォを解放してしまう可能性があり、不要な待機が発生します。
この問題を解決するのが スピンロック です。スピンロックはセマフォと似ていますが、プロセス待ちリストを持ちません。あるプロセスがロック取得を試みた際、他のプロセスがロックを保持していた場合、スリープせずに短いループ（スピン）を繰り返し、ロックの解放を待ちます。
ただし、スピンロックは 単一プロセッサ環境では適用できません。単一プロセッサでは、ロックを取得しようとするカーネル実行パスが待機を続ける一方で、ロックを解放すべきカーネル実行パスが実行されないため、システムがハングしてしまうからです。そのため、スピンロックは短時間で解放されることが前提の場面で使用され、長時間ロックが必要な場合はセマフォなどが選択されます。
デッドロックの回避
マルチプロセッサ環境では、複数のプロセスがリソースを同時に扱うため、デッドロックが発生する可能性があります。デッドロックとは、互いに相手のリソースを待機することで、システムが停止してしまう状態です。
例えば、
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プロセスp1がリソースaを保持し、リソースbを待機
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プロセスp2がリソースbを保持し、リソースaを待機
このように 循環的な待機関係 が生じると、デッドロックが発生します。
この問題を防ぐため、多くのOSでは次のような対策が取られています。
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ロック取得の順序を統一：リソースを取得する順番を決め、循環待機を防ぐ。
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タイムアウトの導入：一定時間ロックが取得できない場合に、リソース要求を取り消す。
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デッドロック検出アルゴリズム：システム内のプロセスのロック状態を監視し、デッドロックが発生した場合に適切に処理する。
Linuxをはじめとする多くのオペレーティングシステムでは、デッドロック回避のために ロック取得の順序を決める手法 が採用されています。適切な設計と運用によって、デッドロックを未然に防ぐことが可能です。
まとめ
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スピンロックは短時間のデータ保護向け であり、単一プロセッサ環境では使用できない。
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デッドロックはプロセス間のリソース待機によって発生する問題 であり、適切なロック取得順序やタイムアウト機構によって回避できる。
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LinuxなどのOSではデッドロック防止策が導入されている。
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