Comment pouvons-nous implémenter un compteur ABA en C 11 en utilisant uniquement CAS ?

Implémentation d'un compteur ABA avec C 11 CAS

Dans certains scénarios de programmation simultanée, tels que les files d'attente sans verrouillage, les compteurs jouent un rôle crucial pour résoudre le problème de l'ABA. Ce problème survient lorsqu'une valeur est mise à jour plusieurs fois, ce qui entraîne le retour du compteur à sa valeur d'origine, entraînant potentiellement des comportements imprévus.

Défi avec C 11 CAS

La bibliothèque de concurrence C 11 fournit la fonction std::atomic_compare_exchange_weak pour effectuer des opérations de comparaison et d'échange. Cependant, cette fonction n'a pas la capacité de mettre à jour simultanément plusieurs valeurs de manière atomique, ce qui est nécessaire pour implémenter un compteur ABA.

Solution : Union Trick

Pour résoudre cette limitation, nous pouvons utiliser une astuce impliquant une union pour combiner deux valeurs en un seul objet atomique. En stockant la valeur du compteur dans un membre et un pointeur vers le nœud suivant dans le deuxième membre, nous pouvons obtenir à la fois l'atomicité et un accès simultané à ces valeurs.

Opérations atomiques avec Union

Avec cette approche basée sur les unions, nous pouvons effectuer des opérations atomiques sur l'objet combiné en utilisant std::atomic, qui génère des instructions d'assemblage efficaces comme cmpxchg16b sur architectures x86-64. Cette instruction nous permet de mettre à jour à la fois le pointeur suivant et la valeur de comptage en une seule opération atomique.

Éviter les conflits

Un aspect clé de notre solution consiste à utiliser un membre du syndicat pour un accès en lecture seule au pointeur suivant. Cette optimisation garantit que nous évitons la surcharge d'une instruction cmpxchg16b verrouillée lorsque nous avons seulement besoin de récupérer le pointeur sans le mettre à jour.

Défis

Bien que cette approche offre une approche efficace Pour implémenter un compteur ABA à l'aide de C 11 CAS, cela nécessite un examen attentif de l'alignement et de la prise en charge du compilateur. De plus, il s'appuie sur le type d'union, dont le fonctionnement est garanti dans GNU C, mais peut ne pas être entièrement pris en charge par tous les compilateurs ISO C.

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