32비트 원자만 사용하여 64비트 원자 카운터를 효율적으로 구현하는 방법은 무엇입니까?

32비트 원자를 사용하여 64비트 원자 카운터 구현

임베디드 시스템에서 32비트만 사용하여 64비트 원자 카운터 만들기 -bit 원자성은 종종 필요합니다. 일반적인 접근 방식은 읽기 잠금 역할을 하는 최하위 비트를 사용하여 세대 수를 활용하는 것입니다. 그러나 다른 잠재적인 방법이 있는지, 제안된 구현이 최적인지 여부에 대한 의문이 제기됩니다.

대체 접근 방식

권장되는 구현은 실행 가능한 접근 방식이지만 다음과 같은 문제가 있습니다. 고려해야 할 대체 방법:

• SeqLock 패턴: 이 기술 교대로 홀수 및 짝수 값을 사용하여 단조롭게 증가하는 생성 수를 활용합니다. 생성 횟수가 안정되고 읽기 잠금 비트(최하위 비트)가 설정 해제될 때까지 리더가 회전합니다. 이 방법은 판독기가 여러 명이지만 작성기는 하나만 있는 시나리오에서 향상된 성능을 제공합니다.
• 직접 64비트 원자성 연산: 덜 일반적이지만 일부 시스템은 기본적으로 64비트 원자성 연산을 지원할 수 있습니다. 이러한 경우 64비트 카운터의 양쪽 절반에 직접 원자 연산을 사용하면 잠금이나 시퀀스 카운터가 필요하지 않을 수 있습니다.

설계 고려 사항

제공된 구현과 관련하여 다음과 같은 몇 가지 영역이 있습니다. 최적화:

• 세대 수에 대한 RMW(원자적 읽기-수정-쓰기): 세대 수에 대해 원자적 RMW 작업을 사용하는 대신 순수 로드 및 저장을 사용하는 것이 가능합니다. 발매주문. 이 변경으로 RMW 작업과 관련된 오버헤드가 줄어듭니다.
• 페이로드에 대한 원자적 증가: 페이로드를 증가시키기 위해 원자성 RMW를 활용할 필요가 없습니다. 순수 로드, 증분, 저장이면 충분합니다. 이 수정을 통해 카운터 유지 관리에 따른 오버헤드가 더욱 줄어듭니다.

추가 고려 사항

• ARM 로드 쌍 지침: 일부 ARM 아키텍처는 두 가지를 동시에 로드할 수 있는 효율적인 로드 쌍 명령어(예: ldrd 또는 ldp)를 지원합니다. 64비트 값의 32비트 절반입니다. 이러한 명령어를 활용하면 성능이 향상될 수 있습니다.
• 컴파일러 최적화: 컴파일러는 uint64_t와 같은 대규모 구조에서 원자 연산을 위한 최적의 코드를 항상 생성하지 않을 수 있습니다. 이러한 구조에 대한 원자적 액세스를 피하고 대신 휘발성 키워드와 메모리 장벽을 사용하면 코드 효율성이 더 높아질 수 있습니다.

결론

32비트 원자를 사용하여 64비트 원자 카운터를 구성하기 위해 제안된 기술은 특히 단일 작성자와 다중 판독기가 있는 시나리오에 적합합니다. 그러나 특정 상황에서는 SeqLock 패턴이나 직접 64비트 원자 연산과 같은 다른 옵션이 더 적합할 수 있습니다. 개략적인 설계 고려 사항을 해결하고 추가 최적화를 탐색함으로써 프로그래머는 구현 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

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