Qu’est-ce qu’une condition de course ? –

Avez-vous déjà couru une course? Si oui, vous savez déjà qu’une photo finish est parfois nécessaire pour désigner le gagnant ! Mais que se passe-t-il si deux personnes arrivent en même temps à la ligne d’arrivée ? Bienvenue dans les conditions de course.

Quels sont Fils d’ordinateur?

Pour expliquer une condition de concurrence, nous devons d’abord comprendre un peu le fonctionnement interne des ordinateurs. Lorsque vous utilisez un système d’exploitation, vous effectuerez diverses actions telles que l’ouverture d’une fenêtre de terminal de commande, l’ouverture d’un navigateur, etc. Chacune de ces actions entraînera une réaction du système d’exploitation pour démarrer un nouveau thread informatique/informatique.

Un thread est un processus informatique/informatique qui exécutera/exécutera les différentes étapes (étapes de programmation, écrites à l’origine au format du code source et régulièrement compilées par un compilateur) nécessaires à l’exécution de la tâche que vous avez demandé au système d’exploitation ou au logiciel qui s’exécute dessus .

Sous Linux, un tel thread est identifié de manière unique par un PID (Identifiant de processus). Pour en savoir plus sur les PID sous Linux, vous pouvez lire nos articles Bash Automation and Scripting Basics (Part 3) et How Linux Signals Work: SIGINT, SIGTERM et SIGKILL.

Sous Windows, un thread est également identifié de manière unique par un ID de processus (réf. PID colonne dans le Gestionnaire des tâches de Windows), bien que la mise en œuvre de la gestion du processus soit différente entre Linux et Windows ; code sous-jacent différent, différent PID outils d’interaction, etc. et compatibilité limitée. De plus, l’ID de processus Windows PID ne doit pas être confondu avec l’ID de produit PID (même terme, sens différent) ou VID (Fournisseur ID). Les deux derniers se réfèrent à l’identification des appareils et ne sont pas liés à la gestion des processus.

Lorsqu’un thread démarre, il peut en lui-même démarrer d’autres threads. Le thread d’origine est souvent appelé thread principal ou thread parent. Par exemple, lorsque vous cliquez sur l’icône de votre navigateur Web préféré, il démarre immédiatement un fil (le fil principal), et ce fil démarre très rapidement plusieurs sous-fils, ou fils enfants, et devient ainsi le fil parent.

Vous pouvez également penser à des sujets tels que les coureurs dans une course. Par exemple, pensez à un serveur de base de données occupé desservant de nombreux clients connectés différents. Chacun de ces threads clients (notez l’utilisation du mot thread) aura (dans de nombreux cas) en soi au moins un thread sur le serveur hôte de la base de données et/ou à l’intérieur du logiciel de base de données lui-même (c’est-à-dire deux threads, un connecté dans le système d’exploitation et un dans le logiciel de base de données).

Le serveur de base de données essaie de servir tous ces threads en même temps – d’où le terme processus simultanés ou alors threads simultanés et s’il y a des bogues dans le logiciel de base de données (ou le système d’exploitation, etc.), alors tôt ou tard, il peut se retrouver dans une situation de concurrence.

Qu’est-ce qu’un Condition de course?

Un moyen simple de faire le lien avec les coureurs participant à une course est d’imaginer une photo d’arrivée où deux coureurs franchissent réellement la ligne d’arrivée au même moment. Il est possible, bien que peu probable, que cela se produise chez les races humaines. Pour les ordinateurs qui traitent des milliers d’opérations par milliseconde, cela devient beaucoup plus faisable.

Comme autre exemple, imaginez une course de relais où les coureurs passent un bâton (le bâton de couleur flashy) d’une personne à l’autre. Imaginez maintenant qu’un des participants à la course fait une erreur, et il y a maintenant deux coureurs qui pensent qu’ils devraient obtenir le bâton de couleur rouge.

Un événement important dans une course de relais est le passage du témoin, car cela peut signifier que l’ancien détenteur du témoin peut arrêter de courir, et c’est maintenant au nouveau propriétaire du témoin de donner le meilleur de lui-même. Il y a maintenant deux coureurs qui prennent le relais. Ce sera une situation intéressante à regarder à la télévision (si vous aimez ce genre de chose), mais il est clair qu’il y aura des retombées.

Essentiellement, une condition de concurrence est un bogue, une erreur ou une faille dans le code du système informatique qui produit des résultats imprévisibles : une séquence d’événements inattendue. Il est normalement causé par deux threads en conflit d’une manière ou d’une autre, car plus de deux threads peuvent être impliqués dans le conflit réel, et souvent plus de deux threads s’exécutent dans le logiciel défaillant.

Dans notre exemple de race humaine, nous avons eu deux personnes accédant à un objet à peu près en même temps, et le la corruption (un terme informatique pour indiquer que certaines données ont été corrompues, où de telles données pourraient résider en mémoire ou sur disque ou dans le processeur, etc.) s’est produite au moment où deux personnes (ou deux threads en analogie informatique) ont essayé de saisir le bâton et le conflit s’est produit. En termes informatiques, deux threads ont essayé d’écrire un espace mémoire qui ne devrait normalement être écrit que par un seul thread (un runner).

Les conditions de course peuvent survenir dans divers domaines comme l’électronique à l’intérieur, les logiciels informatiques et la vie en général. Par exemple, une collision d’appels est un terme de télécommunications pour décrire la situation dans laquelle un canal de communication est saisi aux deux extrémités simultanément. À l’intérieur des logiciels informatiques – l’un des domaines les plus importants des conditions de course – il existe une grande variété de conditions de course possibles.

Comme autre exemple d’une condition de concurrence à l’intérieur d’un logiciel informatique, imaginez deux threads de calcul fonctionnant avec un espace mémoire donné. Un utilisateur vient de valider un formulaire et le logiciel principal écrit ce formulaire en mémoire. Simultanément, un autre utilisateur lit les champs de ce formulaire dans le même espace mémoire. Selon ce qui se passe, l’utilisateur lecteur peut recevoir un formulaire partiellement incorrect avec des informations partiellement mises à jour.

Prévention des conditions de course : Sécurité du fil

Il y a eu beaucoup de discussions sur les conditions de concurrence dans l’industrie informatique. Selon le langage de codage que vous utilisez, il peut y avoir de nombreuses ou peu de dispositions pour gérer les conditions de concurrence. Un terme souvent utilisé est sécurité du fil ou un thread-safe langage d’application ou de programmation [construct]. Ces termes sont utilisés pour indiquer si un morceau de code ou un logiciel dans son ensemble est thread-safe, c’est-à-dire rédigés de manière à éviter et même à empêcher les conditions de course.

Si le logiciel est jugé thread-safe, il est réputé libre de toute possibilité de conditions de course. Dans de nombreux cas, ‘jugé‘ thread-safe est ce que les développeurs peuvent offrir de mieux, et d’autant plus lorsque de nombreux threads et interactions sont possibles. La complexité de nombreux threads fonctionnant avec de nombreuses ressources peut facilement devenir une myriade de gestion de code et une myriade encore plus grande de conditions de concurrence possibles.

Diverses constructions de programmation peuvent être utilisées pour empêcher les conditions de concurrence. Par exemple, les sémaphores et les mutex. La complexité de l’utilisation de telles constructions dépendra du langage de programmation utilisé et de leur prise en charge native pour une meilleure gestion des threads. Par exemple, en C++, on peut regarder le std::mutex classe pour implémenter un mutex (c’est-à-dire mutuellement exclusifs) serrure. Dans Bash, cependant, on ne trouve pas une telle construction nativement.

En allant plus loin, on peut également considérer quelles constructions, fonctions ou même exécutables et bibliothèques sont déjà thread-safe, puis utiliser ces constructions, fonctions, exécutables et bibliothèques comme base pour créer une nouvelle construction, fonction, exécutable, bibliothèque , ou un progiciel complet.

La mise en œuvre de constructions de gestion de thread-safe, même de base, peut être une question complexe. Par exemple, considérons la difficulté d’implémenter un sémaphore dans Bash.

Emballer

Dans cet article, nous avons exploré les threads de calcul et les conditions de concurrence. Nous avons examiné des analogies avec les courses à pied et les courses de relais dans la vie humaine pour explorer certaines conditions de course de base qui peuvent se produire à l’intérieur des ordinateurs. Enfin, nous avons exploré la sécurité des threads, les différentes implémentations de la gestion des conditions de concurrence dans les langages de codage informatique et la manière dont nous pouvons empêcher les conditions de concurrence.

Si vous avez aimé cet article, jetez un œil à l’article Comment fonctionnent les portes logiques : OU, ET, XOR, NOR, NAND, XNOR et NOT.