Wie können wir einen ABA-Zähler in C 11 nur mit CAS implementieren?

Implementierung eines ABA-Zählers mit C 11 CAS

In bestimmten gleichzeitigen Programmierszenarien, wie z. B. sperrenfreien Warteschlangen, spielen Zähler eine entscheidende Rolle bei der Lösung des ABA-Problems. Dieses Problem tritt auf, wenn ein Wert mehrmals aktualisiert wird, wodurch der Zähler auf seinen ursprünglichen Wert zurückgesetzt wird, was möglicherweise zu unvorhergesehenem Verhalten führt.

Herausforderung mit C 11 CAS

Die C 11-Parallelitätsbibliothek stellt die Funktion std::atomic_compare_exchange_weak zum Durchführen von Vergleichs- und Austauschvorgängen bereit. Dieser Funktion fehlt jedoch die Fähigkeit, mehrere Werte gleichzeitig atomar zu aktualisieren, was für die Implementierung eines ABA-Zählers erforderlich ist.

Lösung: Union Trick

Um diese Einschränkung zu beheben, Wir können einen Trick mit einer Vereinigung anwenden, um zwei Werte in einem einzigen atomaren Objekt zu kombinieren. Indem wir den Zählerwert in einem Mitglied und einen Zeiger auf den nächsten Knoten im zweiten Mitglied speichern, können wir sowohl Atomizität als auch gleichzeitigen Zugriff auf diese Werte erreichen.

Atomic Operations with Union

Mit diesem Union-basierten Ansatz können wir mithilfe von std::atomic atomare Operationen am kombinierten Objekt ausführen, wodurch effiziente Assembleranweisungen wie cmpxchg16b generiert werden x86-64-Architekturen. Mit dieser Anweisung können wir sowohl den nächsten Zeiger als auch den Zählwert in einer einzigen atomaren Operation aktualisieren.

Konflikte vermeiden

Ein wichtiger Aspekt unserer Lösung ist die Verwendung eines separaten Union-Mitglied für schreibgeschützten Zugriff auf den nächsten Zeiger. Diese Optimierung stellt sicher, dass wir den Overhead einer gesperrten cmpxchg16b-Anweisung vermeiden, wenn wir nur den Zeiger abrufen müssen, ohne ihn zu aktualisieren.

Herausforderungen

Während dieser Ansatz eine effiziente Lösung bietet Um einen ABA-Zähler mithilfe von C 11 CAS zu implementieren, ist eine sorgfältige Überlegung der Ausrichtung und Compilerunterstützung erforderlich. Darüber hinaus ist es auf Union Type-Punning angewiesen, das garantiert in GNU C funktioniert, aber möglicherweise nicht von allen ISO C-Compilern vollständig unterstützt wird.

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