3.4 Synchronization and Notification

동기화 문제는 두개의 쓰레드들 실행이 uniprocessor 기계에서 혹은 SMP 기계에서 동시에 접근될 수 있는 자원들을 공유할 때마다 필요되어진다. 예를 들어, uniprocessor에서 만약 하나의 드라이버 함수가 공유 자원에 접근하고 ISR과 같은 더 높은 IRQL에서 실행하는 또 하나의 함수에 의해 인터럽트된다면은, 공유된 자원은 중간단계 상태에서 자원을 leave하는 race 조건들을 막기위해 보호 되어져야 한다. SMP 기계에서, 두개의 쓰레드들은 다른 프로세서에서 동시에 실행될 수 있고 같은 데이터를 변경하는 것이 시도되어질 수 있다. 그러한 접근들은 동기화되어져야 한다.

NDIS는 같은 IRQL에서 실행하는 쓰레드들 사이에서 공유된 자원들에 대한 접근을 동기화하기 위해 사용되어질 수 있는 스핀 락들을 제공한다. 자원을 공유하는 두개의 쓰레드들이 다른 IRQL에서 실행할 때, NDIS는 공유된 자원에 대한 접근을 직렬화될 수 있게 하기 위해 낮은 IRQL 코드의 IRQL를 일시적으로 상승하는 메커니즘을 제공한다.

주지(Notification)는 쓰레드가 쓰레드 밖에서 이벤트의 발생에 종속적일 때 필요하다. 예를 들어, 드라이버는 몇몇 타임 기간(period) 이 장치를 체크할 수 있게 하기 위해 전달되어질 때 주지되어지는 것이 필요할 것이다. 혹은 NIC 드라이버가 polling과 같은 주기적인 연산을 행해야 할 것이다. Timer들은 그러한 메커니즘을 제공한다.

이벤트들은 두개의 쓰레드들의 실행이 연산들을 동기화하기 위해 사용될 수 있는 메커니즘을 제공한다. 예를 들어, 미니포트 NIC 드라이버는 장치에 씀으로써 NIC에 인터럽트를 테스트하기를 원할 것이다. 연산이 성공적이라는 것을 드라이버에 알리기 위해 인터럽트를 위해 기다려야 한다. 이벤트들은 인터럽트를 기다리는 쓰레드가 완성하고 인터럽트를 다루는 쓰레드 사이에 연산을 동기화하는데 사용될 수 있다.

이러한 NDIS 메커니즘들의 설명은 다음과 같다.

Spin Locks

스핀 락은 uniprocessor 혹은 multiprocessor 기계에서 IRQL > PASSIVE_LEVEL에서 실행하는 커널 모드 쓰레드들에 의해 공유된 자원들을 보호하기 위한 동기화 메커니즘을 제공한다. 스핀 락은 SMP 기계에서 동시에 실행하는 다양한 실행 쓰레들 사이에서 동기화를 다룬다. 쓰레드는 보호된 자원들을 접근하기 전에 스핀 락을 얻는다. 스핀 락은 어떤 쓰레드지만 스핀락을 유지하는 쓰레드가 자원을 사용하는 것을 유지한다. (keep - 막는다 . ?) 스핀락을 기다리는 쓰레드는 lock을 유지하는 쓰레드에 의해 해제될 때까지 스핀락을 얻기 위해 시도하는 것을 루프한다.

스핀락들의 또 하나의 특징은 관련된 IRQL에 있다. 스핀락의 시도된 획득은 일시적으로 스핀락과 관련된 IRQL에 대한 요구 쓰레드의 IRQL을 상승한다. 이것은 모든 낮은 IRQL 쓰레드들이 같은 프로세서 안에서 실행하는 쓰레드를 선점하는 것을 막는다. 더 높은 IRQL에서 실행하는 쓰레드들은 실행 쓰레드를 선점할 수 있지만은, 이러한 쓰레드들은 그들이 가진 것보다 낮은 IRQL을 가지기 때문에 스핀락을 얻을 수 없다. 그러므로, 같은 프로세서에서 어떠한 다른 쓰레드들이 실행 쓰레드에 의해 얻어질 때 혹은 해제될 때까지 스핀락을 얻는 것을 시도하지 않는다. 잘 짜여진 네트워크 드라이버는 스핀락이 유지될 시간양이 최소화될 것이다.

스핀 락의 전형적인 사용은 큐를 보호할 것이다. 예를 들어, 미니포트 보내기 함수, MiniportSend, 는 프로토콜 드라이버에 의해 그것에 전달되는 패킷들을 큐에 저장할 것이다. 다른 드라이버 함수들은 또한 이 큐를 사용하기 때문에, MiniportSend 함수는 하나의 쓰레드가 한번에 한번 링크들 혹은 내용들을 다룰수 있게 하기 위해 스핀락을 사용하여 큐를 보호해야 한다. MiniportSend 함수는 스핀락을 얻고 패킷을 큐에 추가하고 그리고 나서 스핀락을 해제한다. 스핀락을 사용하는 것은 락을 유지하는 쓰레드가 패킷이 안전하게 큐에 추가되는 동안 큐 링크를 수정하는 유일한 쓰레드라는 것을 확실히 한다. NIC 드라이버가 패킷들을 큐에서 가져올 때, 그러한 접근은 같은 스핀 락에 의해 보호되어진다. 큐의 헤더를 수정하거나 혹은 큐를 구성하는 링크 필드들의 어떤 것을 수정하는 명령들을 실행할 때, 드라이버는 큐를 스핀락으로 보호해야 한다.

드라이버는 큐를 너무 보호하지 않도록 주의해야 한다. 예를 들어, 드라이버는 패킷을 큐에 저장하기 전에 패킷의 네트워크 드라이버 예약 필드내에 몇몇 연산들을(예를 들어, 길이를 포함하는 필드를 채우는 것) 행할 수 있다. 드라이버는 스핀락으로 보호된 영역 밖에서 이것을 할 수 있지만은, 패킷을 큐에 저장하기 전에 이것을 해야 한다. 일단 패킷이 큐에 있고 실행하는 쓰레드가 스핀락을 해제할 때, 드라이버는 다른 쓰레드들이 즉시 패킷들을 큐에서 빼낼 수 있다고 생각해야 한다.

Avoiding Deadlock Problems

윈도우즈 2000은 네트워크 드라이버는 동시에 하나의 스핀락 이상을 유지하는 것을 제한하지 않는다. 그러나, 만약 드라이버의 하나의 섹션이 스핀락 B를 유지하는 동안, 스핀락 A를 얻는 시도를 하고 또 하나의 섹션에서 스핀락 A를 유지하는 동안 스핀락 B를 얻을려고 한다면은, 데드락이 발생한다. 만약 하나 이상의 스핀락들을 얻는다면은, 드라이버는 획득의 순서를 강화함으로써 데드락을 피해야 한다. 즉, 만약 드라이버가 스핀락 B에 앞서 스핀락 A를 얻을려고 하는 것을 enforcing 한다면은, 위에 설명한 상황은 발생하지 않을 것이다.

스핀락들을 사용하는 것은 퍼포먼스를 야기하고 일반적으로, 드라이버는 많은 스핀락들을 사용할 필요가 없다. 경우에 따라, 항상 구별되는(예를 들어 보내기와 받기 함수들) 함수들은 두개의 스핀락들이 사용될 수 있기 위해 최소(minor) overlaps을 가진다. 하나 이상의 스핀락의 사용은 독립적으로 분리된 프로세서에서 작용하는 함수들을 허락하기 위해 가치있는 tradeoff가 될 것이다.

Timers

타이머들은 연산들을 polling 혹은 timing out을 위해 사용되어진다. 드라이버는 타이머를 만들고 타이머와 관련된 함수를 연관한다. 관련된 함수가 타이머에 의해 지정된 시간이(period) 만료될 때 호출되어진다. 타이머들은 one-shot 혹은 periodic이 될 수 있다. 일단 periodic 타이머가 설정될 때, 외연적으로 클리어될 때까지 모든 주기(period)의 만료마다 계속해서 fire할 것이다. one-shot 타이머는 fire된 각 시간마다 리셋될 것이다.

타이머들은 NdisMInitializeTimer를 호출함으로써 만들어지고 초기화되어지고 NdisMSetTimer 를 호출함으로써 설정되어지고 NdisMSetPeriodicTimer를 호출함으로써 주기 타이머를 설정한다. 만약 비주기 타이머가 사용된다면은, NdisMSetTimer를 호출함으로써 리셋되어져야 한다. 타이머는 NdisMCancelTimer를 호출함으로써 클리어되어진다.

Events

이벤트들은 두개의 쓰레드들 실행 사이에서 연산들을 동기화하기 위해 사용되어진다. 이벤트는 드라이버에 의해 할당되어지고 NdisIntializeEvent를 호출함으로써 초기화되어진다. IRQL PASSIVE_LEVEL에서 실행하는 쓰레드는 그 자체를 wait 상태로 놓기 위해 NdisWaitEvent를 호출한다. 드라이버 쓰레드가 이벤트를 기다릴 때, 기다리고 있는 이벤트와 마찬가지로 기다리기 위한 최대 시간을 지정한다. 쓰레드의 기다림은 NdisSetEvent가 이벤트를 시그널 상태로 야기하기 위해 호출되어질 때, 혹은 처음 발생해서 지정된 최대 기다림 시간 간격이 만료될 때 만족되어진다.

전형적으로, 이벤트는 NdisSetEvent를 호출하는 협력 쓰레드에 의해 설정되어진다. 이벤트들은 만들어질 때 비시그널 상태로 되고 기다리는 쓰레드들을 시그널하기 위해 설정 될 것이다. 이벤트들이 NdisResetEvent가 호출될 때까지 시그널상태로 남는다.