[SERVER] Memory Order

1. Memory Order

1.1 atomic

 - atomic 객체들의 경우 원자적 연산 시에 메모리 접근할 때 어떠한 방식으로 접근하는지 지정할 수 있음

1.2 memory_order_relexed

 - 가장 느슨한 조건

   - 메모리에서 읽거나 쓸경우

     - 주위의 다른 메모리 접근들과 순서가 바뀌어도 무방

1.2.1 Main

 - 2가지의 atomic 객체 생성 후 쓰레드 생성

int main()
{
    vector<std::thread> workers;
    std::atomic<int> number1(0);
    std::atomic<int> number2(0);
   
    workers.push_back(std::thread(worker1, std::ref(number1), std::ref(number2)));
    workers.push_back(std::thread(worker2, std::ref(number1), std::ref(number2)));
    
    for (int i = 0; i < 2; i++) workers[i].join();

    cout << number1 << number2 << endl;
}

1.2.2 worker

 - store, load

   - worker1의 경우

     - number2 = 1;

     - number = number1;

   - worker2의 경우

     - number1 = 1;

     - number= number2;

 - memory_order_relaxed

   - 느슨한 방식 사용

     - 결과 값 (0, 1) (1, 0) (1, 1) 생성 가능

     - 만약 (0, 0)이 나오는 케이스를 생각해 본다면 나올 수 없음

       - 값을 넣는 단계에서 둘다 0이 나올 수 있는 경우의 수가 없음

         - 하지만 느슨한 방식을 사용하면서 메모리 연산들 사이에서 어떠한 제약조건이 없으므로 순서변경 가능

            - 읽기를 먼저하게 되면 (0, 0)이 나오게 됨

     - 이에 따라 CPU에서 매우 빠른 속도를 실행

void worker1(std::atomic<int>& number1, std::atomic<int>& number2)
{
    number2.store(1, memory_order_relaxed); // 쓰기
    int number = number1.load(memory_order_relaxed); // 읽기
    cout << number << endl;
}

void worker2(std::atomic<int>& number1, std::atomic<int>& number2)
{
    number1.store(1, memory_order_relaxed); // 쓰기
    int number = number2.load(memory_order_relaxed); // 읽기
    cout << number << endl;
}

1.3 memory_order_release

1.3.1 memory_order_relaxed

 - CPU에 많은 자유를 부여하기 때문에 사용용도는 제한적

   - 먼저 실행하고 후에 해야할 일을 먼저 실행할 수 있음

     - memory_order_release 및 memory_order_acquire 사용

 - 밑의 프로그램을 실행하면 순서가 재배치되면서 number2가 0이 나올 수 있음

void worker1(std::atomic<int>& number1, std::atomic<int>& number2)
{
    number2 = 2;
    number1.store(1, memory_order_relaxed);
}

void worker2(std::atomic<int>& number1, std::atomic<int>& number2)
{
    while (!number1.load(memory_order_relaxed)) {}
    cout << "number2" << endl;
}

1.3.2. memory_order_release

 - 해당 명령 이전의 모든 메모리 명령들이 해당 명령 이후로 재배치 되는 것을 금지

void worker1(std::atomic<int>& number1, std::atomic<int>& number2)
{
    number2.store(2, memory_order_release);
    number1.store(1, memory_order_release);
}

1.3.3 memory_order_acquire

 - 해당 명령 뒤에 오는 모든 메모리 명령들이 해당 명령 위로 재배치 되는 것을 금지

   - 이 메모리 순서를 사용하는 로드 작업은 영향을 받는 메모리 위치에서 획득 작업 을 수행

     - 현재 스레드에서 읽기 또는 쓰기는 이 로드 전에 재정렬될 수 없음

void worker2(std::atomic<int>& number1, std::atomic<int>& number2)
{
    while (number1.load(memory_order_acquire)) {}
    cout << number2 << endl;
}

→ 다른 쓰레드에서 같은 변수를 사용할 때 memory_order_release & memory_order_acquire를 통해 동기화를 수행

1.3.4 memory_order_acq_rel

- acquire & release를 모두 수행하는 것

1.3.5 memory_order_seq_cst

 - 메모리 명령의 순차적 일관성을 보장

   - 메모리 명령 재배치X

   - 모든 쓰레드에서 모든 시점에 동일하 값을 관찰

   - CPU가 동작하는 방식

 - 멀티 코어 시스템에서 꽤나 비싼 연산