liblfds 的多生产者/多消费者有界队列真的是无锁的吗？

无锁队列算法分析

问题：是多生产者/多消费者有界队列算法在 liblfds 中无锁？

定义无锁算法：

无锁算法可确保至少有一个线程可以向前推进，无论是否有任何并发​​线程。这意味着它不能有一个线程依赖另一个线程继续执行的代码，例如等待重置或取消设置标志。

算法分析：

算法使用 CAS 循环在队列中保留一个槽以增加写入索引。然后，它将用户数据复制到保留的槽中并更新序列号。然而，这种保留意味着POP操作依赖于PUSH线程完成序列号更新。

缺乏进度保证：

根据“使得进展”，该算法不符合无锁标准。即使 PUSH 或 POP 操作正在进行，也可以观察到队列已满或为空，从而阻止其他线程执行这些操作。

部分阻止进度：

虽然算法可能允许 POP 操作继续进行到正在进行的元素，但此进度是有限的。如果线程在写入索引更新和序列号写入之间的关键区域内被上下文切换，则所有消费者线程将报告空队列。

隐藏互斥体：

写入索引和槽序列号的组合本质上充当每个元素的互斥锁。一旦线程成功递增写入索引，所有后续线程都将被阻止写入队列，直到原始线程完成操作。

性能优势：

尽管不是由于严格无锁，该算法在以下方面提供性能优势：

• 无与伦比的性能： fast-path 由单个 CompareAndSwap 操作组成。
• 竞争性能：写入索引变量存在竞争，但对于经过良好优化的 CAS 实现，该行为是合理的。

结论：

虽然该算法提供了一些有用的性能属性，但它缺乏关键的正确性属性由于保留系统以及 PUSH 和 POP 操作之间的依赖关系，导致了无锁操作。

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