2011-06-27

C++0xのマルチスレッドとデータ競合が非常に難しい

「バリアー!」
「デュクシ!」
「ちょっ、お前、オレ、バリアー張ってんだから攻撃するなよなー」
「うるせー、オレのはバリアー貫通できる攻撃だっつーの」
「貫通できないバリアー!」
「貫通できないバリアーを貫通できる攻撃!」
「絶対貫通できないバリアー!」
「絶対貫通できる攻撃!」
「そんな攻撃ねーよ」
「そんなバリアーこそねーよ」
「お前、矛盾って言葉、知ってるか?」
「ああ、昔の中国人はオレの矛を持ってなかったんだな」
「ちげーし。オレのバリアーを持ってなかったんだぜ」
「真似すんなよ」
「マネスンナヨー」
「あ、きったね」
「ア、キッタネ」
「飽きたね・・・」
「そうだね・・・」

フェンスといい、メモリバリアーともいう。名前はかっこいいが、やっていることは、あるスレッドにおけるあるメモリ場所に対する変更操作を、他のスレッドから見えるようにしたり、あるいは逆に、他のスレッドでの変更操作を、このスレッドから見えるようにすることである。

これは、多くのコンパイラーで、独自にサポートされている。基本的にWindowsでプログラミングを学んできた私としては、メモリバリアーという名称の方がしっくりくるのだが、C++の規格としては、フェンスという名称になっている。

C++0xの規格を眺めていたところ、どうもC++0x規格には、非アトミック操作に対するフェンスというものが、存在しないようである。

しかし、mutexはどうなるのだろう。例えば、以下のコードが、意図通りに動くことが、規格でどのように保証されているのだろうか。

std::mutex m ;
int x ; 

void thread()
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(m) ;
    ++x ; // 非アトミック操作
}

int main()
{
    x = 0 ; // 初期値0

    std::thread A( thread ) ;
    std::thread B( thread ) ;

    A.join() ; B.join() ;

    std::cout << x << std::endl ; // 2であるべき
}

色々と考えたあげく、以下のように考えた。

AとBのインクリメントは、1.10 [intro.multithread] p4に書かれているように、conflictする。
AとBで行われる非アトミック操作であるインクリメントは、mutexで囲まれており、同時には起こらないし、どちらかが先に起こることは確実である。とすれば、1.10 [intro.multithread] p13に書かれている通り、先に起こった方の操作は、後続の操作に対して、visible side effectである。
AとBのインクリメントはconflictするものの、どちらかが先に起こることが保証できるため、1.10 [intro.multithread] p21のdata raceの条件には引っかからない。

LISTER: Hey, it hasn't happened, has it? It has "will have going to have happened" happened, but it hasn't actually "happened" happened yet, actually.
RIMMER: Poppycock! It will be happened; it shall be going to be happening; it will be was an event that could will have been taken place in the future. Simple as that. Your bucket's been kicked, baby.

YouTube - Red Dwarf I - Future Echoes - Part 3 of 3

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