C++ Lock-Free 큐, 멀티스레딩 환경에서 성능을 극대화하다!
by DD
2개월 전
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멀티스레딩 환경에서 큐(Queue)의 성능 저하를 해결하기 위해 Lock-Free 큐 구현의 필요성을 강조함
Mutex 기반의 SimpleQueue와 Lock-Free 큐의 성능 비교를 통해 Lock-Free 큐의 장점을 설명함
ABA 문제, 메모리 할당, 캐시 미스 등 Lock-Free 큐 구현 시 발생하는 문제점들을 구체적으로 제시함
Hazard Pointer 및 Thread-Local Cache를 활용한 안전하고 효율적인 메모리 관리 기법을 소개함
Lock-Free 큐(Queue)의 필요성
본문에서는 멀티스레드 환경에서 표준 큐(Queue)의 성능 저하 문제를 지적하며, 고빈도 트레이딩 시스템(High Frequency Trading Systems), 실시간 게임 엔진(Real Time Game Engines) 등에서 Lock-Free 큐의 중요성을 강조한다. 특히, Mutex 기반 큐의 컨텍스트 스위칭(Context Switch) 오버헤드로 인해 성능 병목이 발생할 수 있음을 설명하며, Lock-Free 큐가 이러한 문제를 해결할 수 있는 대안임을 제시한다. 또한, 선형적 확장성(Linear Scalability)을 통해 스레드 수 증가에 따른 성능 저하를 방지하는 Lock-Free 큐의 장점을 부각한다.
ABA 문제와 Hazard Pointer
Lock-Free 큐 구현 시 발생하는 를 해결하기 위해 기법을 소개한다. 는 메모리 할당 해제 후 재사용으로 인해 발생하는 문제로, 데이터 무결성을 해칠 수 있다. 는 포인터를 참조하기 전에 전역적으로 접근 가능한 위치에 해당 포인터를 게시하고, 이중 검증을 통해 안전하게 메모리를 관리한다. 이를 통해 및 를 방지하고, Lock-Free 큐의 안전성을 확보한다.
