C 11 のアトミック操作は、ABA カウンター技術を使用してロックフリーのキューをどのように有効にすることができますか?

ABA カウンター手法を使用すると、ロックフリー キューはオブジェクトのバージョンを追跡することでデッドロックを防止し、同時実行性を向上させます。この手法では、バージョンが変更されるたびに増加するカウンターが各オブジェクトに割り当てられます。ただし、C 11 CAS を使用してこのカウンターを実装するには、CAS が単一の値のアトミックな比較と更新のみをサポートしているため、課題が生じます。

解決策は、複数の値を同時にアトミックに変更することにあります。カウンタと次のポインタを隣接するメモリに配置することで、std::atomic を使用できます。 x86-64 でロックフリーの cmpxchg16b を生成します。この操作は両方の値をアトミックに更新し、ABA カウンターのセマンティクスを維持します。

明示的なインライン アセンブリがないにもかかわらず、このアプローチにより正確性が保証され、遅いライブラリ関数呼び出しの使用が回避されます。パフォーマンスをさらに向上させるには、ユニオンを使用してポインタ上のアトミック操作をカウンタ上のアトミック操作から分離することをお勧めします。このトリックは、コンパイラーの最適化機能を利用して、ポインターのみを読み取るための効率的なコードを生成します。

効率と正確性を確保するには、次の点を確認してください:

• コンパイラーは、1 つのみにアクセスするための効率的なコードを生成します。 Union メンバー。
• Union 型のパニングがサポートまたは許可されています (C の GNU 方言) ).
• オブジェクトはアライメントされています (64 ビットの場合は 16B、32 ビットの場合は 8B)。
• -mcx16 は、cmpxchg16b を有効にするために x86-64 アーキテクチャに使用されます。
• ポインタ uintptr_t アトミック オブジェクトはロックフリーです (多くの場合、x32 および32 ビット ABI、ただし 16B オブジェクトは対象外)。

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