[C++ 게임 서버] 1-3. atomic (원자적) 변수와 연산

Rookiss 님의 '[C++과 언리얼로 만드는 MMORPG 게임 개발 시리즈] Part4: 게임 서버' 를 들으며 배운 내용을 정리하고 있습니다. 관심이 있으신 분은 꼭 한 번 들어보시기를 추천합니다!

[C++ 게임 서버] 1-3. atomic 에 대하여

핵심 :

1. ++, -- 같은 간단한 연산조차, 사실 어셈블리어에서는 '값 복사' -> '복사된 값에 연산 수행' -> '복사된 값을 다시 대입' 같은 과정으로 쪼개진다

2. 만약 특정 연산이 진행 중일 경우, 다른 연산이 끼어들지 않도록 만들고 싶다면, 해당 변수를 atomic 으로 선언할 수 있다.

3. 일반적으로 atomic 연산은 일반 연산보다 느리므로, 남용은 지양하여야 한다.

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어떤 연산이 atomic (원자적) 으로 이루어진다는 것은, 해당 연산이 진행되는 중간에 다른 연산이 동시에 진행되지 않는다는 것을 의미한다.

이전에 여러 쓰레드들이 공유 자원에 접근하려 할 때 Race Condition 이 발생할 수 있다고 이야기한 적이 있는데, 특정 변수에 1을 더하거나 빼는 간단한 연산조차도, 사실 어셈블리어로 변환하면 여러 줄의 코드가 된다.

 

예를 들어 다음 코드가 있다고 하자 :

using namespace std;

int sum = 0;

void add()
{
	for (int i = 0; i < 100'000; ++i)
	{
		++sum;
	}
}

void sub()
{
	for (int i = 0; i < 100'000; ++i)
	{
		--sum;
	}
}

int main()
{
	thread t1(add);
	thread t2(sub);

	t1.join();
	t2.join();

	cout << "sum : " << sum << endl;
}

싱글쓰레드에 익숙해진 상황이라면, 위 코드에서 sum 의 값은 0 이 될 것이라고 생각하겠지만, 실제로는 다음과 같이 sum 이 0 이 아닌 값이 나오게 된다 :

 

 

디스어셈블러를 보면 다음과 같은데,

 

로직으로 생각하면 다음과 같이 코드가 분해된다 :

따라서, Add 와 Sub 를 하는 쓰레드가 sum 값에 접근할 때는, 실제로 갱신이 된 값을 건드리지 않고, 다른 쓰레드가 아직 연산을 하지 않은 상태의 eax 값에 연산을 할 수 있게 된다.

 

위와 같은 경우는 atomic 변수의 활용으로 해결이 가능하다.

atomic<int> sum = 0;

void add()
{
	for (int i = 0; i < 100'000; ++i)
	{
		sum.fetch_add(1);
	}
}

void sub()
{
	for (int i = 0; i < 100'000; ++i)
	{
		sum.fetch_add(-1);
	}
}

하지만 atomic 연산은 당연하게도 일반 연산보다 느리기 때문에(컴파일러 최적화 여지를 줄이므로), 남용하면 안된다! 🤣