Boost Interprocess と Boost Lockfree を使用して、プロデューサーとコンシューマーのシナリオで共有メモリのロックフリー IPC 同期を実現するにはどうすればよいですか?

共有メモリのロックフリー IPC 同期

マルチプロセッサ システムでは、共有メモリを使用してプロセス間のデータ交換を容易にすることができます。ただし、競合を防ぐために共有メモリへのアクセスを同期するには、慎重に検討する必要があります。

生産者と消費者の対話の同期

複数のプロセスが共有メモリを介して通信し、以下の条件で動作するシナリオを考えてみましょう。生産者と消費者のパターン。プロデューサ プロセスは循環バッファにデータを書き込み、コンシューマ プロセスはそれを消費します。データの一貫性を確保するには、バッファへのアクセスを同期することが重要です。

課題

同期の一般的なアプローチには、ミューテックスを使用するか、「猶予期間」を導入して、書き込みを完了します。ただし、ミューテックスはオーバーヘッドを引き起こす可能性があり、猶予期間は信頼できない可能性があります。理想的には、すべての CPU にわたる書き込みの可視性を保証するソリューションが求められます。

解決策: フェンスの取得/解放

フェンスの取得/解放は、マルチスレッドのメモリ順序保証を提供します。環境。これらは、取得フェンスの前に実行された読み取り/書き込みが、リリース フェンスの後のすべてのスレッドに確実に表示されるようにします。この概念は、Boost Interprocess と Boost Lockfree を使用してマルチプロセッシングに拡張できます。

Boost Interprocess と Boost Lockfree

Boost Interprocess は共有メモリのサポートを提供し、Boost Lockfree はロックフリーのシングルプロデューサーシングルコンシューマーキュー。この組み合わせにより、複数のプロセス間でロックフリーのデータ転送同期が可能になります。

実装

例として、コードは次を使用して共有タイプ (shared_string、string_alloc、ring_buffer) を定義します。ブーストインタープロセスとブーストロックフリー。コンシューマ プロセスは、ジョブのキューを監視し、ジョブを処理します。プロデューサ プロセスはメッセージを生成し、キューにプッシュします。

同期

共有メモリ セグメントとキューは、Boost Interprocess を使用して管理された共有メモリ セグメント内で初期化されます。これにより、複数のプロセスが同じ共有メモリ領域にアクセスすることが保証されます。実際の使用では、初期化フェーズの同期をお勧めします。

ロックフリー キュー

ロックフリー キューは同期を簡素化します。キューへの書き込みは、明示的な同期を必要とせずに、すべての CPU で認識できるようになります。これにより、ミューテックスのオーバーヘッドが効果的に排除されます。

例

提供されたコードは、Boost Interprocess と Boost Lockfree を使用して共有メモリ経由でメッセージを交換するプロデューサー プロセスとコンシューマー プロセスを作成する方法を示しています。このコードは、ロックフリーの通信とメモリの可視性の保証を示しています。

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