Ist die Circular Buffer Queue von liblfds wirklich sperrenfrei und garantiert sie den Fortschritt für alle Threads?

Sperrenfreie Fortschrittsgarantien in einer kreisförmigen Pufferwarteschlange

Das Konzept der sperrenfreien Algorithmen stellt die Fähigkeit mindestens eines Threads sicher Machen Sie kontinuierliche Fortschritte, unabhängig von den Aktionen anderer Threads. Allerdings stößt diese Definition manchmal auf Unklarheiten, insbesondere im Kontext von Parallelitätsbibliotheken wie liblfds.

Liblfds verwendet benutzerdefinierte Atome und Speicherbarrieren für seine Implementierung mit begrenzten Warteschlangen. Obwohl der Algorithmus effizient erscheinen mag, bleibt seine sperrenfreie Natur fraglich.

Fortsetzung des Fortschritts:

Der PUSH-Algorithmus reserviert einen Platz in der Warteschlange für Benutzerdaten. Bis die Sequenznummer aktualisiert wird, bleibt der Steckplatz jedoch für POP-Vorgänge unzugänglich. Diese Abhängigkeit vom erfolgreichen PUSH-Abschluss führt zu einer Situation, in der andere Threads blockiert oder verzögert werden können, was auf einen möglichen Mangel an Fortschrittsgarantien hinweist.

Bewertung des Algorithmus:

Der Algorithmus entspricht nicht unbedingt der vom Autor vorgeschlagenen Definition von „lock-free“. Die Kombination aus m_write_index und s.sequence_number fungiert als Mutex pro Element und führt zu potenziellen Fehlern bei Vorhandensein eines angehaltenen Threads, der einen Slot reserviert hat.

Bewertung von Leistung und Funktionalität Aspekte:

Leistung:

Unangefochtene Leistung ist aufgrund minimaler atomarer Operationen zufriedenstellend. Die konkurrierende Leistung ist ebenfalls angemessen, obwohl der m_write_index eine Konfliktquelle sein kann, wenn mehrere Leser versuchen, auf die Warteschlange zuzugreifen.

Immunität gegenüber Kontextwechsel:

Teilweise Immunität wird bereitgestellt, da andere Threads weiterhin Elemente in die Warteschlange verschieben können, selbst wenn ein Thread während des kritischen Bereichs den Kontext wechselt. Popup-Elemente können jedoch ins Stocken geraten, wenn das laufende Element betroffen ist.

Funktionseinschränkungen:

Der Algorithmus ist nicht sicher für die asynchrone Thread-Beendigung oder für den Zugriff von Interrupt- oder Signalhandlern. Es kann sein, dass nicht alle Elemente vollständig geleert werden, wenn ein Thread während des kritischen Bereichs unterbrochen wird.

Fazit:

Während die liblfds-Warteschlangenimplementierung einige Leistungsvorteile bieten kann, ist ihre Sperre -Freiheit ist aufgrund der Abhängigkeit vom erfolgreichen PUSH-Abschluss fraglich. Es erfüllt die strenge Definition von Fortschrittsgarantien nicht vollständig und bestimmte Randfälle können zur Blockierung des Fortschritts oder sogar zum Scheitern führen.

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