无锁的原子函数改变两个独立的内存位置

Posted 2023-02-16

【中文标题】无锁的原子函数改变两个独立的内存位置

【英文标题】：Atomic function without locks to change two independent memory locations

【发布时间】：2017-05-01 09:02:28

【问题描述】：

我有一个名为updateEntry 的函数，它将一个值写入查找表。我想创建这个函数的多线程版本。 我正在研究原子操作__sync_bool_compare_and_swap，但我不确定如何在此处正确应用它。

理论上是否可以在不锁定的情况下自动实现此功能，因为它会更改两个独立的内存位置entryLookup[id] 和entry？

   void updateEntry(Entry ** entryLookup, unsigned int id, int val1, short val2)
            Entry * entry     = entryLookup[id];
            entry->val1       = val1;
            entry->val2       = val2;
            entryLookup[id]  += sizeof(Entry);
   

【问题讨论】：

问题：1) 你能确保每个线程都能访问不相交的id 集合吗？ 2) 你能保证修改val1 和val2 不会影响entryLookup operator[] 结果吗？ 3) 你能确保修改entryLookup 的值不会影响任何并行线程（例如，新的id 不会被任何其他线程访问）？如果其中任何一条规则不匹配，我认为实现无锁并发会很困难。

@AdrianMaire 非常感谢您的回答。我构建了一个使用不相交 id 集的解决方案，但生成这种不相交集的成本很高。我想避免使用不相交的 ID 集。第 2 点是什么意思。）？

Q4 - 更新是否与查找同步？如果没有，您可以首先自动更新entryLookup[id]，确保没有其他线程会使用相同的条目，然后在您闲暇时更新值（有点）。如果还要进行查找，则必须同时更新两个单独的位置，而这不能使用原始原子操作来完成。

定义“无锁定”——你总是可以使用原子的“正在更新”标志

我不知道entryLookup 是什么样子：我可以想象一个类，其中operator[] 被重载并访问val1。想象一个第一个线程，访问 id=5，它返回 0x42 处的条目，在修改 val1 之后，entryLookup 现在对应于（例如）id=10。下一个线程访问 id=10 也对应于 0x42 处的条目。现在两个线程在没有锁的情况下同时访问同一个对象。

【参考方案1】：

为了使这个线程安全，您可以先增加entryLookup[id] 以确保稍后出现的任何其他线程不能更改相同的条目，然后填写值。返回旧值的地方需要原子加法：

void updateEntry(Entry ** entryLookup, unsigned int id, int val1, short val2)

    Entry * entry = __sync_fetch_and_add(&entryLookup[id], sizeof(Entry));
    entry->val1   = val1;
    entry->val2   = val2;

【讨论】：

我刚刚注意到@eran 已经在 cmets 中给出了这个答案。

这很简单，应该可以解决我的问题。非常感谢这个很棒的答案。

@peppincsoda 这里的问题是两个val 条目的修改从未发布（同步）。如何在另一个线程中安全地访问entry？

请注意，仅当更新阶段在执行查找之前结束时，这才是安全的。否则，查找可能会在设置其值之前看到一个条目。此外，正如@LWimsey 评论的那样，更新结束时应该存在一些写入障碍（即使没有明确请求刷新，这种代码也可能会起作用，但访问这些值仍将被视为数据竞争）。

你说得对，我假设提问者不想在从多个线程更新结构时进行查找。