无锁队列的C代码

Posted 2021-04-13

我怎样才能在C中实现这个无锁队列伪代码？

ENQUEUE(x)
    q ← new record
    q^.value ← x
    q^.next ← NULL
    repeat
        p ← tail
        succ ← COMPARE&SWAP(p^.next, NULL, q)
        if succ ≠ TRUE
            COMPARE&SWAP(tail, p, p^.next)
    until succ = TRUE
    COMPARE&SWAP(tail,p,q)
end

DEQUEUE()
    repeat
        p ← head
        if p^.next = NULL
            error queue empty
    until COMPARE&SWAP(head, p, p^.next)
    return p^.next^.value
end

如何使用Built-in functions for atomic memory access

__sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)

我现在有

typedef struct queueelem {
    queuedata_t data;
    struct queueelem *next;
} queueelem_t;

typedef struct queue {
    int capacity;
    int size;
    queueelem_t *head;
    queueelem_t *tail;
} queue_t;

queue_t *
queue_init(int capacity)
{
    queue_t *q = (queue_t *) malloc(sizeof(queue_t));
    q->head = q->tail = NULL;
    q->size = 0;
    q->capacity = capacity;
    return q;
}

答案

http://www.liblfds.org

公共领域，无许可证，C中无锁算法的可移植实现。

为Windows和Linux开箱即用。

在Linux上使用GCC，因此使用内在函数（除了128位CAS之外，没有内在函数 - 使用内联汇编）。

包含M＆S队列。看看源代码，看看它是如何完成的。

另一答案

如果您的目标是生产代码，那就不要这样做;使用锁。

在your previous question，你有足够的信息解释原因。由于the (in)famous ABA problem，在没有垃圾收集器的情况下，即使是简单的数据结构（如队列和堆栈）的正确无锁实现也很棘手且复杂。不幸的是，一些研究论文无论出于何种原因都不考虑ABA;你的伪代码似乎来自其中一篇论文。如果将它转换为C并为节点使用堆分配的内存，如果在实际代码中使用它将导致不确定的错误。

如果你正在做这些事情以获得经验，那么不要指望SO伙伴为你解决它。您必须阅读所有引用的材料等等，确保您真正了解ABA等无锁算法的所有细微差别，研究旨在解决该问题的各种技术，研究现有的无锁实现等。

最后，很少有指导将给定的伪代码转换为C：

q^.value ← x意味着q_elem->data = x; repeat ... until COMPARE&SWAP(head, p, p^.next)相当于do {...} while (!__sync_bool_compare_and_swap(q_obj->head, q_elem, q_elem->next);

其中q_obj是queue_t类型的实例（即队列），q_elem是queueelem_t类型的实例（即队列节点）。

另一答案

虽然不完全是C，但请查看proposed Boost.Lockfree库。内部很容易理解，可以移植到C，或者相反，你可以将Boost.Lockfree包装在C API中并使用它。

同样，Boostcon 2010有很多关于无锁编程和STM的讨论，如果你对这个主题感兴趣，值得一看。我无法找到视频的链接，但英特尔，IBM和AMD的谈话值得关注，因为他们在CPU级别处理STM。

另一答案

这听起来像你想要的被称为MCS队列锁（虽然看似命名，它真的无锁，只是没有等待），并且这里有一些很好的伪代码：http://www.cs.rochester.edu/research/synchronization/pseudocode/ss.html#mcs

另一答案

我使用C编写一个最小化无锁队列实现。

lfq。

它支持许多生产者，许多消费者。