Garanties de progression sans verrouillage dans une file d'attente tampon circulaire

Cet article explore le concept de garanties de progression sans verrouillage dans le contexte d'un Implémentation de files d'attente délimitées multi-producteurs/multi-consommateurs dans liblfds.

Garanties de progrès dans Lock-Free Algorithmes

Les algorithmes sans verrouillage garantissent qu'au moins un thread a la capacité de progresser sans être gêné par d'autres threads. Ils évitent les situations où un thread s'appuie sur un autre avant de continuer, éliminant ainsi les blocages et les impasses potentiels.

L'implémentation de la file d'attente dans Liblfds

L'implémentation de la file d'attente dans liblfds utilise un tampon de données en anneau. structure avec indices atomiques d’écriture et de lecture. Chaque emplacement de la file d'attente comprend un champ de données utilisateur et un numéro de séquence, qui agit comme un compteur d'époque pour éviter les problèmes ABA.

Opérations PUSH et POP

Le PUSH L'opération implique le chargement atomique de l'index d'écriture, la réservation d'un emplacement à l'aide d'une boucle CompareAndSwap, la copie des données utilisateur dans l'emplacement réservé et enfin la mise à jour du numéro de séquence. L'opération POP ne peut pas se poursuivre tant que le numéro de séquence de l'emplacement ne correspond pas à l'index de lecture plus un.

Qualification sans verrouillage

La mise en ?uvre de la file d'attente soulève des questions sur sa qualification de verrouillage. libre puisque l'opération PUSH réserve apparemment un emplacement auquel l'opération POP n'a pas accès jusqu'à ce que le numéro de séquence soit mis à jour. Cela introduit une dépendance dans laquelle l'opération POP repose sur l'achèvement de l'opération PUSH.

Propriétés fonctionnelles

L'implémentation de la file d'attente offre certains avantages fonctionnels des structures sans verrouillage?:

• Immunité partielle contre les changements de contexte?: même si un thread peut bloquer d'autres threads s'il se bloque entre la mise à jour de l'index d'écriture et la mise à jour du numéro de séquence, d'autres threads peut continuer à pousser ou à faire appara?tre des éléments jusqu'à l'élément bloqué.
• Compatibilité du gestionnaire de signal?: la file d'attente est accessible en toute sécurité à partir des gestionnaires d'interruption ou de signal, permettant aux éléments d'être poussés ou sautés de manière asynchrone.

Propriétés de performances

La mise en ?uvre offre des performances raisonnables caractéristiques?:

• Bonnes performances non contestées?: le chemin non contesté implique une seule opération CompareAndSwap co?teuse et quelques barrières de mémoire.
• Performances contestées évolutives?: les conflits sur l'index d'écriture sont attendus mais gérés efficacement via l'opération CAS.
• Immunité modérée contre les changements de contexte?: les changements de contexte d'un thread pendant les sections critiques peuvent provoquer des problèmes pour les threads consommateurs si la file d'attente atteint un certain niveau de plénitude.

Limites fonctionnelles

L'implémentation présente certaines limitations fonctionnelles?:

• Sécurité de terminaison de thread asynchrone incomplète?: en cas de terminaison de thread asynchrone pendant des sections critiques, la file d'attente peut être laissée dans un état incohérent.
• Compatibilité partielle des gestionnaires de signaux?: les gestionnaires de signaux ne peuvent pas vider complètement la file d'attente si un thread est interrompu pendant une période critique.

Conclusion

Bien que l'implémentation de la file d'attente dans liblfds offre certains avantages fonctionnels et de performances généralement associés aux structures sans verrouillage, elle n'est pas strictement conforme à la définition d'un algorithme sans verrouillage en raison de la dépendance introduite par la réservation de slot lors de l'opération PUSH.

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