liblfds 的多生產者/多消費者有界佇列真的是無鎖的嗎？

無鎖定隊列演算法分析

問題：是多生產者/多消費者有界隊列演算法在liblfds 中無鎖？

定義無鎖定演算法：

無鎖定演算法可確保至少有一個執行緒可以向前推進，無論是否有任何並發送執行緒。這意味著它不能有一個線程依賴另一個線程繼續執行的程式碼，例如等待重置或取消設定標誌。

演算法分析：

演算法使用 CAS 循環在隊列中保留一個槽以增加寫入索引。然後，它將用戶資料複製到保留的槽中並更新序號。然而，這種保留意味著POP操作依賴PUSH執行緒完成序號更新。

缺乏進度保證：

根據“使得進展”，該演算法不符合無鎖標準。即使 PUSH 或 POP 操作正在進行，也可以觀察到佇列已滿或為空，從而阻止其他執行緒執行這些操作。

部分阻止進度：

雖然演算法可能允許 POP 操作繼續進行到正在進行的元素，但此進度是有限的。如果執行緒在寫入索引更新和序號寫入之間的關鍵區域內被上下文切換，則所有消費者執行緒將報告空隊列。

隱藏互斥體：

寫入索引和槽序號的組合本質上充當每個元素的互斥鎖。一旦執行緒成功遞增寫入索引，所有後續執行緒都將被阻止寫入佇列，直到原始執行緒完成操作。

性能優勢：

儘管不是由於嚴格無鎖，該演算法在以下方面提供性能優勢：

• 無與倫比的性能： fast-path 由單一CompareAndSwap 操作組成。
• 競爭性能：寫入索引變數存在競爭，但對於經過良好優化的 CAS 實現，該行為是合理的。

結論：

雖然演算法提供了一些有用的性能屬性，但它缺乏關鍵的正確性屬性由於保留系統以及PUSH 和POP 操作之間的依賴關係，導致了無鎖定操作。

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