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如何僅使用 32 位原子高效實(shí)現(xiàn) 64 位原子計數(shù)器?

Dec 17, 2024 am 08:38 AM

How to Efficiently Implement a 64-Bit Atomic Counter Using Only 32-Bit Atomics?

使用 32 位原子實(shí)現(xiàn) 64 位原子計數(shù)器

在嵌入式系統(tǒng)中,僅使用 32 位原子創(chuàng)建 64 位原子計數(shù)器位原子通常是必要的。一種常見的方法是利用生成計數(shù),并將最低有效位用作讀鎖。然而,問題是是否還有其他潛在的方法以及建議的實(shí)現(xiàn)是否是最佳的。

替代方法

推薦的實(shí)現(xiàn)是一種可行的方法,但有可以考慮的替代方法:

  • SeqLock 模式: 此技術(shù)利用單調(diào)增加的世代計數(shù),奇數(shù)和偶數(shù)交替出現(xiàn)。讀取器旋轉(zhuǎn),直到生成計數(shù)穩(wěn)定并且讀取鎖定位(最低有效位)未設(shè)置。此方法在具有多個讀取器但只有一個寫入器的場景中提供了改進(jìn)的性能。
  • 直接 64 位原子操作: 雖然不太常見,但某些系統(tǒng)可能本身支持 64 位原子操作。在這種情況下,直接對 64 位計數(shù)器的兩半使用原子操作可以消除對鎖或序列計數(shù)器的需要。

設(shè)計注意事項(xiàng)

關(guān)于所提供的實(shí)現(xiàn),有幾個方面可以優(yōu)化:

  • 用于生成計數(shù)的原子讀-修改-寫入 (RMW): 可以使用純加載和存儲來代替對生成計數(shù)使用原子 RMW 操作發(fā)布訂單。此更改減少了與 RMW 操作相關(guān)的開銷。
  • 有效負(fù)載的原子增量:沒有必要利用原子 RMW 來增量有效負(fù)載;純粹的加載、增量和存儲就足夠了。此修改進(jìn)一步減少了維護(hù)計數(shù)器的開銷。

其他注意事項(xiàng)

  • ARM 加載對指令: 一些ARM 架構(gòu)支持高效的加載對指令(例如 ldrd 或 ldp),可以同時加載64 位值的 32 位一半。利用這些指令可以提高性能。
  • 編譯器優(yōu)化:編譯器可能并不總是為 uint64_t 等大型結(jié)構(gòu)上的原子操作生成最佳代碼。避免對此類結(jié)構(gòu)的原子訪問,而使用 volatile 關(guān)鍵字和內(nèi)存屏障可以產(chǎn)生更高效的代碼。

結(jié)論

使用 32 位原子構(gòu)造 64 位原子計數(shù)器的建議技術(shù)是合適的,特別是在具有單個寫入器和多個讀取器的場景中。但是,其他選項(xiàng)(例如 SeqLock 模式或直接 64 位原子操作)可能更適合特定情況。通過解決概述的設(shè)計注意事項(xiàng)并探索其他優(yōu)化,程序員可以進(jìn)一步提高其實(shí)現(xiàn)的效率。

以上是如何僅使用 32 位原子高效實(shí)現(xiàn) 64 位原子計數(shù)器?的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章!

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實(shí)現(xiàn)C 中的多態(tài)性可以通過以下步驟實(shí)現(xiàn):1)使用繼承和虛函數(shù),2)定義一個包含虛函數(shù)的基類,3)派生類重寫這些虛函數(shù),4)使用基類指針或引用調(diào)用這些函數(shù)。多態(tài)性允許不同類型的對象被視為同一基類型的對象,從而提高代碼的靈活性和可維護(hù)性。

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