CAS만 사용하여 C 11에서 ABA 카운터를 어떻게 구현할 수 있습니까?

C 11 CAS로 ABA 카운터 구현

잠금 없는 대기열과 같은 특정 동시 프로그래밍 시나리오에서 카운터는 중요한 역할을 합니다. ABA 문제를 해결하는 과정에서 이 문제는 값이 여러 번 업데이트되어 카운터가 원래 값으로 되돌아가고 잠재적으로 예상치 못한 동작이 발생할 때 발생합니다.

C 11 CAS에 도전

C 11 동시성 라이브러리는 비교 및 ​​교환 작업을 수행하기 위한 std::atomic_compare_exchange_weak 함수를 제공합니다. 그러나 이 함수에는 ABA 카운터 구현에 필요한 여러 값을 동시에 원자적으로 업데이트하는 기능이 없습니다.

해결책: Union Trick

이 제한 사항을 해결하려면, 두 값을 단일 원자 개체로 결합하기 위해 합집합과 관련된 트릭을 사용할 수 있습니다. 한 멤버에 카운터 값을 저장하고 두 번째 멤버에 다음 노드에 대한 포인터를 저장함으로써 이러한 값에 대한 원자성과 동시 액세스를 모두 얻을 수 있습니다.

Union을 사용한 원자적 연산

이 통합 기반 접근 방식을 사용하면 std::atomic을 사용하여 결합된 개체에 대해 원자적 작업을 수행할 수 있습니다. 이는 cmpxchg16b와 같은 효율적인 어셈블리 명령을 생성합니다. x86-64 아키텍처. 이 명령어를 사용하면 단일 원자 연산으로 다음 포인터와 카운트 값을 모두 업데이트할 수 있습니다.

경합 방지

저희 솔루션의 핵심 측면은 별도의 포인터를 활용하는 것입니다. 다음 포인터에 대한 읽기 전용 액세스를 위한 공용체 멤버입니다. 이 최적화를 통해 포인터를 업데이트하지 않고 포인터만 검색해야 할 때 잠긴 cmpxchg16b 명령의 오버헤드를 피할 수 있습니다.

과제

이 접근 방식은 효율적인 C 11 CAS를 사용하여 ABA 카운터를 구현하는 방법에는 정렬 및 컴파일러 지원을 신중하게 고려해야 합니다. 또한 GNU C에서 작동이 보장되지만 모든 ISO C 컴파일러에서 완전히 지원되지는 않는 Union Type-Punning을 사용합니다.

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