Liblfds 순환 버퍼 큐는 어떻게 부분 잠금 없는 진행 보장을 달성합니까?

순환 버퍼 큐의 잠금 없는 진행 보장

이 문서에서는 버퍼 큐의 맥락에서 잠금 없는 진행 보장의 개념을 살펴봅니다. 다중 생산자/다중 소비자 경계 대기열 구현 liblfds.

잠금 없는 알고리즘의 진행 보장

잠금 없는 알고리즘은 적어도 하나의 스레드가 다른 스레드의 방해 없이 앞으로 나아갈 수 있는 능력을 갖도록 보장합니다. . 한 스레드가 진행하기 전에 다른 스레드에 의존하는 상황을 방지하여 잠재적 교착 상태 및 교착 상태를 제거합니다.

Liblfds의 대기열 구현

liblfds의 대기열 구현은 링 버퍼 데이터를 사용합니다. 원자 쓰기 및 읽기 인덱스가 있는 구조입니다. 대기열의 각 슬롯에는 ABA 문제를 방지하기 위한 에포크 카운터 역할을 하는 사용자 데이터 필드와 시퀀스 번호가 포함되어 있습니다.

PUSH 및 POP 작업

PUSH 작업에는 쓰기 인덱스를 원자적으로 로드하고, CompareAndSwap 루프를 사용하여 슬롯을 예약하고, 사용자 데이터를 예약된 슬롯에 복사하고, 마지막으로 시퀀스 번호를 업데이트하는 작업이 포함됩니다. 슬롯의 시퀀스 번호가 읽기 인덱스 + 1과 일치할 때까지 POP 작업을 진행할 수 없습니다.

Lock-Free 자격

큐 구현은 잠금 자격에 대한 질문을 제기합니다. PUSH 작업은 시퀀스 번호가 업데이트될 때까지 POP 작업에서 액세스할 수 없는 슬롯을 예약한 것처럼 보이기 때문에 무료입니다. 이로 인해 POP 작업이 PUSH 작업 완료에 의존하는 종속성이 발생합니다.

기능 속성

큐 구현은 잠금 없는 구조의 특정 기능적 이점을 제공합니다.

• 부분적 컨텍스트 전환 면역: 스레드가 쓰기 인덱스 업데이트와 업데이트 사이에 정체되면 다른 스레드를 차단할 수 있습니다. 시퀀스 번호가 업데이트되면 다른 스레드가 계속해서 정지된 요소에 요소를 푸시하거나 팝할 수 있습니다.
• 신호 핸들러 호환성: 인터럽트 또는 신호 핸들러에서 큐에 안전하게 액세스할 수 있으므로 요소를 비동기적으로 푸시하거나 팝할 수 있습니다.

성능 속성

구현은 합리적인 성능을 제공합니다. 특징:

• 훌륭한 비경합 성능: 비경합 경로에는 비용이 많이 드는 단일 CompareAndSwap 작업과 몇 가지 메모리 장벽이 포함됩니다.
• 확장 가능한 경합 성능: 쓰기 인덱스에 대한 경합이 예상되지만 효율적으로 관리됩니다. CAS 작업을 통해.
• 보통 수준의 컨텍스트 전환 면역: 중요한 섹션 중에 스레드의 컨텍스트 전환으로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 대기열이 특정 수준에 도달하면 소비자 스레드.

기능 제한

구현에는 몇 가지 기능 제한이 있습니다.

• 불완전한 비동기 스레드 종료 안전: 중요한 섹션 중에 비동기 스레드가 종료되는 경우 대기열이 일관되지 않은 상태로 남을 수 있습니다.
• 부분적인 신호 처리기 호환성: 중요한 오류가 발생하는 동안 스레드가 중단되면 신호 처리기가 대기열을 완전히 비울 수 없습니다. 섹션.

결론

liblfds의 대기열 구현은 일반적으로 잠금 없는 구조와 관련된 몇 가지 기능 및 성능상의 이점을 제공하지만 엄격하게 다음을 따르지는 않습니다. PUSH 작업 중 슬롯 예약으로 인한 종속성으로 인한 잠금 없는 알고리즘의 정의

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