比较和交换如何用于任何共享数据结构的无等待互斥？

Posted 2023-02-16

【中文标题】比较和交换如何用于任何共享数据结构的无等待互斥？

【英文标题】：How can compare-and-swap be used for a wait-free mutual exclusion for any shared data structure?

【发布时间】：2013-12-31 22:19:39

【问题描述】：

对于多线程和互斥锁，我正在浏览***作为初学者。我遇到了这部分：

CAS 可用于通过创建一个链表来实现任何共享数据结构的无等待互斥，其中每个节点代表要执行的所需操作。然后在插入新节点期间使用 CAS 更改链表中的指针。只有一个进程可以在其 CAS 中成功；同时尝试添加节点的所有其他进程都必须重试。然后每个进程可以保留数据结构的本地副本，并在遍历链表时，可以在其本地副本上执行链表中的每个操作。

现在我了解了 CAS 的基本概念，我们基本上使用原子操作将值与预定值进行比较，如果匹配，我们交换它们。但我无法理解这里的“所需操作的链接列表”是什么意思？ 为什么所有进程都遵循相同的操作链表？

【参考方案1】：

链表保存对共享数据结构的操作。

例如，如果我有一个堆栈，它将通过 push 和 pop 进行操作。链表将是伪共享堆栈上的一组推送和弹出。共享该堆栈的每个线程实际上都有一个本地副本，并且要到达当前共享状态，它将遍历操作的链接列表，并将每个操作应用到堆栈的本地副本。当它到达链表的末尾时，它的本地副本保持当前状态（当然，它随时可能变得陈旧）。

在传统模型中，每次推送和弹出都会有某种锁。每个线程都会等待获取锁，然后执行 push 或 pop，然后释放锁。

在这个模型中，每个线程都有一个堆栈的本地快照，它通过应用链表中的操作来与其他线程的堆栈视图保持同步。当它想要操作堆栈时，它根本不会尝试直接操作它。相反，它只是将其推送或弹出操作添加到链表中，因此所有其他线程都可以/将看到该操作并且它们都可以保持同步。然后，当然，它会应用链表中的操作，并且当（例如）存在弹出时，它会检查哪个线程要求弹出。当且仅当它是请求此特定弹出的线程时，它才使用弹出的项目。

【讨论】：

您的意思是“伪共享堆栈”吗？