c – 无锁双链表的原子操作

我正在根据这些论文编写一个无锁双链表：

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

“无锁的deques和双链表”
HåkanSundell,Philippas Tsigas

对于这个问题,我们可以放下第一篇论文.

在本文中,他们使用智能方法在一个单词中存储删除标志和指针.
(更多信息here)

本文中本节的伪代码：

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

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

以及我上面伪代码的代码：

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,这个函数用于将链接的设置删除标记设置为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;
    }
}

但我的问题是在compareAndSwap函数中,我必须比较和交换三个原子变量.有关问题的信息是here

(实际上比较和交换函数中的新变量并不重要,因为它是线程局部的)

现在我的问题是：如何编写compareAndSwap函数来比较和交换三个原子变量或我在哪里犯错误？

(请原谅我很久的问题)

编辑：

类似的问题在内存管理器文件中：

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; 

在这里我必须比较和交换三个原子变量.
(注意我的参数是Link的类型,我必须比较和交换链接的mPointer)

解决方法:

除非您可以将您正在比较/交换的三个数据项放入两个指针大小的元素中,否则不能通过比较和交换执行此操作(当然不能在x86上执行此操作,并且我没有听说过任何其他机器架构有这样的事情).

如果依赖于存储在(至少)与偶数字节地址对齐的地址上的数据,则可能在删除元素时使用按位OR来设置最低位.在过去,人们一直在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在“可用限制”(由处理器体系结构定义,当前为48位)之上,必须与可用限制的最高位相同(因此,与位47相同).

编辑：这段代码正是我所描述的：

    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.

您应该能够使用cmpxchg16b(在x86上)的形式为双链表执行此操作.在Windows系统中,这将是_InterlockedCompareExchange128.在gcc(对于Unix类型OS,例如Linux / MacOS)中,您需要首先从两个指针构造一个int128.如果您正在编译32位代码,则可能需要为Windows和Unix OS制作64位int.

标签：lock-free,c,c11,multithreading,atomic
来源： https://codeday.me/bug/20190929/1830194.html