Liblfds循環緩衝隊列如何實現部分無鎖進度保證？

循環緩衝區隊列中的無鎖進度保證

本文探討了循環緩衝區隊列中無鎖進度保證的概念多生產者/多消費者有界隊列實現liblfds.

無鎖算法中的進度保證

無鎖算法確保至少一個線程能夠在不被其他線程阻礙的情況下向前推進。它們可以防止一個線程在繼續之前依賴另一個線程的情況，從而消除潛在的死鎖和僵局。

Liblfds 中的隊列實現

liblfds 中的隊列實現使用環形緩衝區數據具有原子寫入和讀取索引的結構。隊列中的每個槽都包含一個用戶數據字段和一個序列號，它充當紀元計數器以防止 ABA 問題。

PUSH 和POP 操作

PUSH操作涉及原子加載寫入索引、使用CompareAndSwap 循環保留槽、將用戶數據複製到保留槽中，最後更新序列號。在槽的序列號與讀取索引加一相匹配之前，POP 操作無法繼續。

無鎖資格

隊列實現引發了有關其作為鎖定資格的問題空閒，因為PUSH 操作似乎保留了一個在序列號更新之前無法被POP 操作訪問的槽。這引入了一種依賴關係，其中 POP 操作依賴於 PUSH 操作的完成。

功能屬性

隊列實現提供了無鎖結構的某些功能優勢：

• 部分上下文切換免疫力：如果一個線程在寫入索引更新和序列號之間停滯，則可能會阻塞其他線程更新後，其他線程可以繼續推送或彈出元素到停止的元素。
• 信號處理程序兼容性：可以從中斷或信號處理程序安全地訪問隊列，允許異步推送或彈出元素。

性能屬性

該實現提供了合理的性能特徵：

• 良好的無爭用性能：無爭用路徑涉及單個昂貴的CompareAndSwap 操作和一些內存屏障。
• 可擴展的爭用性能：寫入索引上的爭用是預期的，但可以有效管理通過 CAS 操作。
• 中等上下文切換免疫力：關鍵部分期間線程的上下文切換可能會給消費者帶來問題如果隊列達到一定程度的滿則線程。

功能限制

實作有一些功能限制：

• 不完整的非同步執行緒終止安全性：如果在關鍵部分期間非同步執行緒終止，佇列可能會處於不一致的狀態。
• 部分訊號處理程序相容性：如果執行緒在關鍵時刻被中斷，訊號處理程序無法完全耗盡佇列

結論

雖然liblfds 中的佇列實作提供了一些通常與無鎖結構相關的功能和效能優勢，但它並不嚴格符合由於PUSH操作期間槽預留引入的依賴性，定義了無鎖定演算法。

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