[c++] C++에서의 뮤텍스를 사용한 메모리 관리

08 Dec 2023

뮤텍스(mutual exclusion)는 동시에 하나의 쓰레드만이 특정 코드 블록에 접근할 수 있도록 하는 동기화 기법입니다. C++에서 뮤텍스를 사용하여 멀티쓰레딩 환경에서 메모리 관리를 보다 안전하게 할 수 있습니다.

뮤텍스의 기본 개념

뮤텍스는 주로 고전적인 POSIX 뮤텍스나 C++11 표준의 std::mutex를 사용하며, 둘 다 비슷한 방식으로 동작합니다. 뮤텍스 객체는 일종의 Lock으로, 임계 구역에 들어가기 전에 Lock을 획득하고, 임계 구역을 빠져나올 때 Lock을 해제하는 방식으로 동작합니다.

#include <mutex>

std::mutex mtx;

void critical_section() {
    mtx.lock();  // 뮤텍스 락 획득
    // 임계 구역
    mtx.unlock();  // 뮤텍스 락 해제
}

메모리 관리와 뮤텍스

멀티쓰레드 프로그램에서는 공유 메모리에 여러 쓰레드가 접근하기 때문에, 동기화 문제가 발생할 수 있습니다. 특히, 동시에 메모리를 수정하는 경우에는 Race condition이 발생할 수 있습니다. 이런 상황에서 뮤텍스를 사용하면 메모리 접근을 동기화하여 문제를 방지할 수 있습니다.

#include <mutex>

std::mutex mtx;
int shared_data = 0;

void modify_shared_data() {
    mtx.lock();  // 뮤텍스 락 획득
    shared_data = 100;  // 공유 데이터 수정
    mtx.unlock();  // 뮤텍스 락 해제
}

int main() {
    // ...
    modify_shared_data();  // 다수의 쓰레드에서 호출
    // ...
}

결론

뮤텍스를 사용하여 멀티쓰레드 환경에서 메모리 관리를 보다 안전하게 할 수 있습니다. 하지만 뮤텍스 사용의 과용은 데드락과 같은 부작용을 일으킬 수 있으므로, 신중한 사용이 필요합니다. 뮤텍스 락의 소유권을 최대한 짧게 유지하고, 다른 동기화 기법들과 함께 사용하는 것이 권장됩니다.

이 외에도 C++11 표준에서 추가된 std::lock_guard와 std::unique_lock 등의 락 객체들을 사용하여 타이밍이 중요한 락 해제 작업을 자동화할 수 있습니다.

References

https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/mutex
https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/lock_guard