Multithread & shared_ptr

한국산업기술대학교 게임공학부
정내훈 (nhjung 골뱅이 kpu.ac.kr)
멀티스레딩과 shared_ptr 의 충돌
해결
부제 : shared_ptr 에 낚이지 마세요 .

Contents
1. 강사 소개
2. 도입
3. 문제
4. 해결책
5. weak_ptr
6. 성능
7. 결론

강사 소개
•현재 : 한국산업기술대학교 게임공학부 부교
수
• 게임서버 프로그래밍 , 멀티코어 프로그래밍
•게임 제작 이력
• NCSOFT
• Lineage Forever(MMO), Alterlife(MMO), Team BL
(Blade & Soul, MMO), 게임서버 & 물리엔진 연동
• 넷마블 ( 공동연구 )
• 글로벌 모바일 서버 연구 , FPS Game 서버 리모델링 ,
리니지 2 레볼루션 (MMO) 서버 안정화

강사 소개
•NDC 발표
• [NDC12] 멀티 쓰레드 프로그래밍이 왜 이리 힘드나요
?
• ( 컴파일러와 하드웨어에서 Lock-free 알고리즘 까지 )
• [NDC14] 시즌 2 : 멀티쓰레드 프로그래밍이 왜 이리
힘드나요 ?
• (Lock-free 에서 Transactional Memory 까지 )

도입
•멀티스레드 프로그래밍
•모던 C++
• C++11 / C++14 / C++17 / C++20
•shared_ptr

멀티스레드 프로그래밍
•피할 수 없다
• CPU 가 느리기 때문
•어렵다
• 소스코드에서 디버거로 해결이 안되는 문제들이 있다 .
• [NDC12] 발표 참조
• 성능향상이 힘들다
• Lock-free 를 동원해야 한다 . [NDC14] 발표 참조

모던 C++
•실제 게임 구현에 많이 사용되고 있다 .
• 사용하지 않을 이유가 없다 .
•생산성 향상
• auto, lambda, for (a : b) …
•표준
• 멀티스레딩 / 네트워킹 코드의 표준
• Visual Studio 나 g++ 이나 같은 코드

SHARED_PTR
•shared_ptr 가 무엇인지 알고 계신 분 ?
• weak_ptr 가 무엇인지 알고 계신 분 ?
•shared_ptr 를 사용하고 계신 분 ?
•shared_ptr 를 멀티스레드에서 사용하고 계신
분 ?

SHARED_PTR
•원래 용도
• delete 누락으로 인한 메모리 leak 방지
•멀티쓰레드에서의 재발견
• 메모리 Life Cycle 문제의 나이스한 해결책
• new 로 할당 받은 자료구조를 여러 스레드에서 공유할 때
참조 중인 객체가 불시에 delete 당하는 것을 막아줌
• 다른 쓰레드가 참고하고 있지 않은 것을 확인하면서 delete
하는 골치 아픔을 없앰

문제
•shared_ptr 는 멀티스레드에서 사용하라고 만
들어진 자료구조로 보인다 . 정말 ?

문제
•뒤에 있는 주의사항은 왜 다들 무시하는가 ?
If multiple threads of execution access the same
shared_ptr without synchronization and any of those
accesses uses a non-const member function of
shared_ptr then a data race will occur; the
shared_ptr overloads of atomic functions can be used
to prevent the data race.
이것과는 관계 없습니
다 .

문제
•뒤에 있는 주의사항은 왜 다들 무시하는가 ?
•실제로 주의 하지 않고 사용되었던 사례들이
있음 .
•판사님 저는 아무 말도 하지 않았습니다 .

정말 ?
• 결과
• ERROR!
• CPU 에 따라
서는 Crash

결론
•shared_ptr 의 대상에 접근하는 것은 thread
safe 하다 .
• 접근만 ! 대상 자체는 다른 문제 !!
•하지만 공유 shared_ptr 변수의 접근
(load, store) 은 thread safe 하지 않다 .
• local shared_ptr 변수의 사용은 항상 안전하다 .
• local shared_ptr 가 가리키는 객체가 shared 일 경우에도

왜 ?
•shared_ptr 변수의 접근은 thread safe 하지
않다 .
•[ 증거 ] (visual studio 2015, release mode)shared_ptr<int> temp;
00AD11F0 mov dword ptr [ebp-4],0
temp = g_ptr;
00AD11F7 mov esi,dword ptr ds:[0AD54D4h]
00AD11FD mov eax,dword ptr [g_ptr (0AD54D0h)]
00AD1202 test esi,esi
00AD1204 je thread1+4Ah (0AD120Ah)
00AD1206 lock inc dword ptr [esi+4]
00AD120A mov dword ptr [ebp-10h],esi
00AD120D mov dword ptr [temp],eax
00AD1210 mov byte ptr [ebp-4],0
if (1 != *temp) cout << "Errorn";

해결책
1. <atomic> 을 사용한다 .
2. atomic_shared_ptr 를 구해서 사용한다 .
3. atomic_shared_ptr 를 제작한다 .

해결책
•<atomic> 을 사용한다 ??
atomic<shared_ptr<int>> value;
https://namu.wiki/w/%EA%B7%B8%EB%9F%B0%20%EA%B1%B0%EB%8A%94%20%EC
%9A%B0%EB%A6%AC%ED%95%9C%ED%85%8C%EB%8A%94%20%EC%9E%88%EC
%9D%84%20%EC%88%98%EA%B0%80%20%EC%97%86%EC%96%B4

해결책
•<atomic> 을 사용한
다 .
• 장점 : 깔끔한 구현 ,
성능 페널티가 없을 수
도…
• 단점 : 깜빡하고 그냥
assign 하는 경우가 있
다 .

해결책
• 구현된 atomic_shared_ptr 를 사용한다 .
• 표준이 존재 http://isocpp.org/files/papers/N4162.pdf
• 장점 : 직관적인 사용가능 , Lock-free
• 단점 : 아직 없다 .

해결책
• atomic_shared_ptr 를 사용한다 .
• 장점 : 직관적인 사용가능 , Lock-free
• 단점 : 아직 없다 .
http://fun.jjang0u.com/chalkadak/view?
db=160&no=108699

해결책
•현기증나는분 급한분들을 위해
• 구매한다 .
• 조금만 더 기다린다 .
https://www.justsoftwaresolutions.co.uk/
https://www.linkedin.com/pulse/multithreading-c17-c20-rainer-grimm

해결책
•atomic_shared_ptr
를 제작한다 .
• 장점 : 직관적인 사용
가능
• 단점 : Lock-free 가 아
니다 .

WEAK_PTR
•shared_ptr 만으로는 모든 경우를 커버할 수 없다 .
•메모리 leak 을 피하기 위해서는 weak_ptr 가 필요
하다 .
• 자식이 부모를 pointing 해야 할 경우 !!!
•weak_ptr 도 shared_ptr 와 같이 atomic_weak_ptr
를 사용해야 한다 .

WEAK_PTR
•weak_ptr::lock() 을 어떻게 atomic 하게 하지 ????
• atomic_load() 사용
• 구현된 atomic_weak_ptr 사용
• 내부적으로 mutex 사용
• atomic_weak_ptr 자체 구현
• 내부적으로 mutex 사용

성능 ?
•atomic_load()? atomic_exchange()?
• Visual Studio 2015 의 내부 구현
• 글로벌 Lock 을 걸어버리는 만행 !
template<class _Ty> inline
shared_ptr<_Ty> atomic_load_explicit(const shared_ptr<_Ty> *_Ptr,
memory_order)
{// load *_Ptr atomically
_Shared_ptr_spin_lock _Lock;
shared_ptr<_Ty> _Result = *_Ptr;
return (_Result);
}

성능 ?
•atomic_load()? atomic_exchange()?
•mutex 를 사용한 자체 구현

성능 ?
• 그럼 JSS 는 ?
JSS
자체구현

결론
•shared_ptr 는 절대로 멀티쓰레드 safe 가 아니다 .
•atomic_shared_ptr 를 사용하자 .
• 구매 또는 C++20 까지 참기
• mutex 를 통한 자체 구현
• weak_ptr 까지 set 로 구현 필요
• lock-free 자체 구현
• 연구비만 주시면…
•성능에 신경 쓰자
• 가능하면 사용 빈도를 줄이고 , copy 대신 reference 를 사용

참조
•mutex 구현과 벤치마크프로그램
• https://drive.google.com/drive/folders/0B_q-ByE4opaId2dIL
• 완벽한 검증은 사용자의 몫 ( 연구비 필요… )

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