Liblfds循环缓冲队列如何实现部分无锁进度保证？

循环缓冲区队列中的无锁进度保证

本文探讨了循环缓冲区队列中无锁进度保证的概念多生产者/多消费者有界队列实现liblfds.

无锁算法中的进度保证

无锁算法确保至少一个线程能够在不被其他线程阻碍的情况下向前推进。它们可以防止一个线程在继续之前依赖另一个线程的情况，从而消除潜在的死锁和僵局。

Liblfds 中的队列实现

liblfds 中的队列实现使用环形缓冲区数据具有原子写入和读取索引的结构。队列中的每个槽都包含一个用户数据字段和一个序列号，它充当纪元计数器以防止 ABA 问题。

PUSH 和 POP 操作

PUSH操作涉及原子加载写入索引、使用 CompareAndSwap 循环保留槽、将用户数据复制到保留槽中，最后更新序列号。在槽的序列号与读取索引加一相匹配之前，POP 操作无法继续。

无锁资格

队列实现引发了有关其作为锁定资格的问题空闲，因为 PUSH 操作似乎保留了一个在序列号更新之前无法被 POP 操作访问的槽。这引入了一种依赖关系，其中 POP 操作依赖于 PUSH 操作的完成。

功能属性

队列实现提供了无锁结构的某些功能优势：

• 部分上下文切换免疫力：如果一个线程在写入索引更新和序列号之间停滞，则可能会阻塞其他线程更新后，其他线程可以继续推送或弹出元素到停止的元素。
• 信号处理程序兼容性：可以从中断或信号处理程序安全地访问队列，允许异步推送或弹出元素。

性能属性

该实现提供了合理的性能特征：

• 良好的无争用性能：无争用路径涉及单个昂贵的 CompareAndSwap 操作和一些内存屏障。
• 可扩展的争用性能：写入索引上的争用是预期的，但可以有效管理通过 CAS 操作。
• 中等上下文切换免疫力：关键部分期间线程的上下文切换可能会给消费者带来问题如果队列达到一定程度的满则线程。

功能限制

该实现有一些功能限制：

• 不完整的异步线程终止安全性：如果在关键部分期间异步线程终止，队列可能会处于不一致的状态。
• 部分信号处理程序兼容性：如果线程在关键时刻被中断，信号处理程序无法完全耗尽队列

结论

虽然 liblfds 中的队列实现提供了一些通常与无锁结构相关的功能和性能优势，但它并不严格符合由于 PUSH 操作期间槽预留引入的依赖性，定义了无锁算法。

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