Wie können die atomaren Operationen von C 11 mithilfe von ABA-Zählertechniken sperrenfreie Warteschlangen ermöglichen?

Mit der ABA-Zählertechnik verhindern sperrenfreie Warteschlangen Deadlocks und verbessern die Parallelität durch die Verfolgung von Objektversionen. Bei dieser Technik wird jedem Objekt ein Zähler zugewiesen, der sich bei jedem Versionswechsel erhöht. Die Implementierung dieses Zählers mit C 11 CAS stellt jedoch eine Herausforderung dar, da CAS nur atomare Vergleiche und Aktualisierungen eines einzelnen Werts unterstützt.

Die Lösung liegt in der gleichzeitigen atomaren Änderung mehrerer Werte. Indem Sie den Zähler und den nächsten Zeiger im angrenzenden Speicher platzieren, können Sie std::atomic um ein sperrfreies cmpxchg16b auf x86-64 zu generieren. Durch diesen Vorgang werden beide Werte atomar aktualisiert, wobei die ABA-Zählersemantik erhalten bleibt.

Trotz des Fehlens einer expliziten Inline-Assemblierung stellt dieser Ansatz die Korrektheit sicher und vermeidet die Verwendung langsamerer Bibliotheksfunktionsaufrufe. Um die Leistung weiter zu verbessern, wird empfohlen, eine Union zu verwenden, um atomare Operationen am Zeiger von denen am Zähler zu trennen. Dieser Trick nutzt die Optimierungsfunktionen des Compilers, um effizienten Code zum alleinigen Lesen des Zeigers zu generieren.

Um Effizienz und Korrektheit sicherzustellen, überprüfen Sie Folgendes:

• Compiler generieren effizienten Code für den Zugriff auf nur einen Gewerkschaftsmitglied.
• Union-Typ-Wortspiele werden unterstützt oder erlaubt (GNU-Dialekt von C).
• Die Objekt ist ausgerichtet (16B für 64-Bit, 8B für 32-Bit).
• -mcx16 wird für x86-64-Architekturen verwendet, um cmpxchg16b zu aktivieren.
• Zeiger uintptr_t atomare Objekte sind sperrenfrei (häufig garantiert für x32- und 32-Bit-ABIs, jedoch nicht für 16B Objekte).

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