위키디피아에서의 ABA Problem 설명은 lock free stack구현에서의 문제점을 예제로 들고 있습니다.
/* Naive lock-free stack which suffers from ABA problem.*
class Stack {
volatile Obj* top_ptr;
// Pops the top object and returns a pointer to it.
Obj* Pop() {
while(1) {
Obj* ret_ptr = top_ptr;
if (!ret_ptr) return NULL;
// ** 실행 구간 1
Obj* next_ptr = ret_ptr->next;
// ** 실행 구간 2
if (CompareAndSwap(top_ptr, ret_ptr, next_ptr)) {
return ret_ptr;
}
// The stack has changed, start over.
}
}
};
언뜻 봐서는 코드상으로는 크게 문제가 없어 보이며, 실제로도 자체 구현상으로는 거의 완벽한 lock free stack이 구현된것으로 생각됩니다.(** CompareAndSwap()은 인자 1,2가 같은값일때, 1번인자의 값을 3번 값으로 swap시킵니다. Atomic Operations 이므로 매우 빠릅니다.)
그러나, 아래의 시나리오를 봅시다.스택이 top->A->B->C 로 초기화되어 있다고 가정했을때,
// --- 1번 Thread 작업 --
// 1번 Thread가 pop을 실행합니다.
ret = A;
next = B;
// --- 1번 Thread 작업 중 작업전환 --
// --- 2번 Thread 작업 --
// 2번 스레드의 pop이 실행됩니다.
{
ret = A; // 1번 스레드의 pop이 끝까지 실행되지 못했으므로, top은 A입니다
next = B;
CompareAndSwap(A, A, B) // 성공, top은 B가 됩니다.
return A;
} // 스택상태는 top -> B -> C 이 됩니다.
{ // 2번 쓰레드가 한번더 pop을 실행합니다.
ret = B;
next = C;
CompareAndSwap(B, B, C) // 성공, top은 C가 되었습니다.
return B;
} // 스택상태는 top -> C 이 됩니다.
delete B; // 2번 쓰레드에서 B값을 삭제 합니다.
{ // 2번 쓰레드에서 아까 위해서 pop된 A를 push합니다.
A->next = C;
CompareAndSwap(C, C, A) // 성공, top은 A가 됩니다.
} // 스택상태는 top -> A -> C 이 됩니다.
// --- 2번 Thread 작업 중 작업전환--
// --- 1번 Thread 작업 다시 실행-- CompareExchange(A, A, B);
// top과 return값이 모두 A이므로 성공이 됩니다.
// 그러나 B는 2번 Thread에서 삭제가 되어 있으므로, 이 구간 부터, stack은 잘못된 메모리
// 를 참조하게 됩니다.
// 이 상황을 ABA Problem 이라고 합니다.
쉽게 일어나지 않을 상황 같지만, 일어나지 않는다는 보장도 없는 상황입니다.물론 C#이나, Java같이 가비지컬렉션을 사용하는 언어에서는 발생되지 않을 문제이지만, C계열에서는 반드시 고려가 되어야 될 문제이기도 합니다.
당장 생각나는 해법으로는 1. 그냥 sync를 시키면서, 표준 stack을 사용2. smart pointer를 사용 정도가 될거 같지만, 좀더 고민이 필요한 문제일거 같습니다 역시 병렬프로그래밍의 길은 멀고도 험한거 같네요 :)
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