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我正在根据这些论文编写一个无锁双向链表:

“基于引用计数的高效可靠的无锁内存回收”Anders Gidenstam,成员,IEEE,Marina Papatriantafilou,H˚ akan Sundell 和 Philippas Tsigas

“无锁双端队列和双向链表”Håkan Sundell,Philippas Tsigas

对于这个问题,我们可以搁置第一篇论文。

在本文中,他们使用一种智能的方式将删除标志和指针存储在一个单词中。(更多信息在这里

论文中这部分的伪代码:

union Link
    : word
    (p,d): {pointer to Node, boolean} 

structure Node
    value: pointer to word
    prev: union Link
    next: union Link

我的上述伪代码代码:

template< typename NodeT >
struct LockFreeLink
{
public:
    typedef NodeT NodeType;

private:

protected:
    std::atomic< NodeT* > mPointer;

public:
    bcLockFreeLink()
    {
        std::atomic_init(&mPointer, nullptr);
    }
    ~bcLockFreeLink() {}

    inline NodeType* getNode() const throw()
    {
        return std::atomic_load(&mPointer, std::memory_order_relaxed);
    }
    inline std::atomic< NodeT* >* getAtomicNode() const throw()
    {
        return &mPointer;
    }
};

struct Node : public LockFreeNode
{
    struct Link : protected LockFreeLink< Node >
    {
        static const int dMask = 1;
        static const int ptrMask = ~dMask;

        Link() { } throw()
        Link(const Node* pPointer, bcBOOL pDel = bcFALSE) throw()
        { 
            std::atomic_init(&mPointer, (reinterpret_cast<int>(pPointer) | (int)pDel)); 
        }

        Node* pointer() const throw() 
        { 
            return reinterpret_cast<Node*>(
                std::atomic_load(&data, std::memory_order_relaxed) & ptrMask); 
        }
        bool del() const throw() 
        { 
            return std::atomic_load(&data, std::memory_order_relaxed) & dMask; 
        }
        bool compareAndSwap(const Link& pExpected, const Link& pNew) throw() 
        { 
            Node* lExpected = std::atomic_load(&pExpected.mPointer, std::memory_order_relaxed);
            Node* lNew = std::atomic_load(&pNew.mPointer, std::memory_order_relaxed);

            return std::atomic_compare_exchange_strong_explicit(
                &mPointer,
                &lExpected,
                lNew,
                std::memory_order_relaxed,
                std::memory_order_relaxed); 
        }

        bool operator==(const Link& pOther) throw() 
        { 
            return std::atomic_load(data, std::memory_order_relaxed) == 
                std::atomic_load(pOther.data, std::memory_order_relaxed); 
        }
        bool operator!=(const Link& pOther) throw() 
        { 
            return !operator==(pOther); 
        }
    };

    Link mPrev;
    Link mNext;
    Type mData;

    Node() {};
    Node(const Type& pValue) : mData(pValue) {};
};

在本文中,有此功能可将链接的删除标记设置为 true:

procedure SetMark(link: pointer to pointer to Node)
    while true do
       node = *link;
       if node.d = true or CAS(link, node, (node.p, true)) then break;

我的这个函数的代码:

void _setMark(Link* pLink)
{
    while (bcTRUE)
    {
        Link lOld = *pLink;
        if(pLink->del() || pLink->compareAndSwap(lOld, Link(pLink->pointer(), bcTRUE)))
            break;
    }
}

但我的问题在于compareAndSwap我必须比较和交换三个原子变量的函数。有关问题的信息在这里

(实际上new比较和交换函数中的变量并不重要,因为它是线程本地的)

现在我的问题是:我如何编写 compareAndSwap 函数来比较和交换三个原子变量,或者我在哪里犯了错误?

(请原谅我的长问题)

编辑:

类似的问题在内存管理器论文中:

function CompareAndSwapRef(link:pointer to pointer toNode,
old:pointer toNode, new:pointer toNode):boolean
    if CAS(link,old,new) then
        if new=NULL then
            FAA(&new.mmref,1);
            new.mmtrace:=false;
    if old=NULLthen FAA(&old.mmref,-1);
    return true;
return false; 

在这里我必须再次比较和交换三个原子变量。(请注意,我的论点是类型,我必须比较Link和交换mPointerLink

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3 回答 3

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http://www.drdobbs.com/cpp/lock-free-code-a-false-sense-of-security/210600279

But replacing locks wholesale by writing your own lock-free code is not the answer. Lock-free code has two major drawbacks. First, it's not broadly useful for solving typical problems—lots of basic data structures, even doubly linked lists, still have no known lock-free implementations. Coming up with a new or improved lock-free data structure will still earn you at least a published paper in a refereed journal, and sometimes a degree.

I don't think it would be efficient enough to use it, but anyway it's interesting to read.

于 2014-01-13T16:36:15.883 回答
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在 x64 上,仅使用 44 位地址空间。如果您的指针对齐到 8 个字节,那么您只使用 41 位。对于 64 位,41x2 仍然太大。有一个 128 位的比较和交换,虽然我不能保证它的速度。我总是尝试使用 64 位的。

也许您最多只需要 20 亿个节点。因此,您可以做的是预先分配列表从中提取的节点池。当然,您可以通过使用原子操作获取下一个空闲池索引来创建节点。然后代替 next 和 prev 是指针,它们可以是节点池的 31 位索引,并且您有 2 位剩余用于删除标志。假设您不需要 20 亿个节点,那么您还剩下更多位。唯一的缺点是您必须知道在启动时需要多少个节点,尽管如果您也有的话,您可以重新分配节点。

我所做的是使用虚拟内存功能来保留 GB 的地址空间,然后将物理内存映射到该空间,因为我需要它来扩展我的池而无需重新分配。

于 2014-05-15T06:03:43.773 回答
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除非您可以使您正在比较/交换的三个数据项适合两个指针大小的元素,否则您不能通过比较和交换来做到这一点(当然不是在 x86 上,而且我还没有听说过任何其他机器架构)有这样的事情)。

如果您依赖存储在(至少)与偶数字节地址对齐的地址上的数据,则在删除元素时可能会使用按位或来设置最低位。过去,人们一直使用地址的上半部分来存储额外的数据,但至少在 x86-64 中,这是不可能的,因为地址的上半部分必须是“规范的”,这意味着任何地址位高于“可用限制”(由处理器架构定义,目前为 48 位),必须都与可用限制的最高位相同(因此,与第 47 位相同)。

编辑:这部分代码完全符合我的描述:

    static const int dMask = 1;
    static const int ptrMask = ~dMask;

    Link() { } throw()
    Link(const Node* pPointer, bcBOOL pDel = bcFALSE) throw()
    { 
        std::atomic_init(&mPointer, (reinterpret_cast<int>(pPointer) | (int)pDel)); 
    }

    Node* pointer() const throw() 
    { 
        return reinterpret_cast<Node*>(
            std::atomic_load(&data, std::memory_order_relaxed) & ptrMask); 
    }

它使用最低位来存储pDel标志。

cmpxchg16b您应该能够使用(on x86)的形式对双链表执行此操作。在 Windows 系统中,这将是_InterlockedCompareExchange128. 在 gcc(对于 Unix 类型的操作系统,例如 Linux/MacOS)中,您需要首先int128从您的两个指针构造 a 。如果您正在编译 32 位代码,您可能需要为 Windows 和 Unix 操作系统创建一个 64 位 int。

于 2013-10-26T17:18:23.873 回答