<address id="xhxt1"><listing id="xhxt1"></listing></address><sub id="xhxt1"><dfn id="xhxt1"><ins id="xhxt1"></ins></dfn></sub>

    <thead id="xhxt1"><dfn id="xhxt1"><ins id="xhxt1"></ins></dfn></thead>

    Ticket Lock的Relaxed Atomics优化

    原文地址 作者:Pedro Ramalhete,译者:周可人,校对:梁海舰

    Tick lock是mutual lock的一种简单实现:

    http://web.mit.edu/6.173/www/currentsemester/readings/R06-scalable-synchronization-1991.pdf

    它是由John Mellor-Crummey和Michael Scott在1991年提出的(pdf中2.2节),感谢C++11和C11中新的内存模型,我们可以对单个变量进行具有屏障或者不具有屏障的原子操作。当屏障没有使用,只有原子性保证时,我们称之为“relaxed atomic”:

    http://en.cppreference.com/w/cpp/atomic/memory_order

    注意在C11/C++11内存模型中,一个原子变量并不具有内在的“顺序一致性”或者“relaxed”性质,然而我们可以在每次访问的时选择它的行为。

    原子修饰符只能保证原子性,即这个变量会被单步读或写。其他语言,如Java和Scala则不同,它们可以保证几乎所有的原生类型提供原子性保证,从而表现为“relaxed atomic”。并且,所有被声明为顺序一致性的变量可以在整个程序中保持性质(除非在Java中使用sun.misc.unsafe)。尽管这个细微的差异可能看起来并不重要,但是当我们的目标是从同步或是并发算法中挖掘最大性能时,就需要关注这个差异了。

    假设你想要在不同语言中声明一个原子整型,下面是你可能会做的:

    
    C11 (can be relaxed or sequentially consistent)
    
    _Atomic int x;
    
    C++11 or C++14 (can be relaxed or sequentially consistent)
    
    atomic<int> x;
    
    Java (sequentially consistent)
    
    volatile int x;
    
    

    当具备上述信息时,我们可以写出一个简单的Ticket Lock C11版本的实现,如下所示:

    
    typedef struct
    
    {
    
    ??? _Atomic long ingress;
    
    ??? char padding[64];????? // To avoid false sharing between ingress and egress
    
    ??? _Atomic long egress;
    
    } ticket_mutex_t;
    
    ?
    
    void ticket_mutex_lock(ticket_mutex_t * self)
    
    {
    
    ??? long lingress = atomic_fetch_add(&self->ingress, 1);
    
    ??? while (lingress != atomic_load(&self->egress)) {
    
    ??????? sched_yield();
    
    ??? }
    
    ??? // This thread has acquired the lock on the mutex
    
    }
    
    ?
    
    void ticket_mutex_unlock(ticket_mutex_t * self)
    
    {
    
    ??? atomic_fetch_add(&self->egress, 1);
    
    }
    
    

     

    这里有3处不明显的优化,我们可以在上述代码的基础上利用releaxed atomics实现。让我们一个一个看。

    1. 在lock方法中,当egress变量第一次被读取的时候,我们可以用relaxed load优化。

    代码如下:

    
    void ticket_mutex_lock(ticket_mutex_t * self)
    
    {
    
    long lingress = atomic_fetch_add(&self->ingress, 1);
    
    // If the ingress and egress match, then the lock as been acquired and
    
    // we don't even need to do an acquire-barrier.
    
    if (lingress == atomic_load_explicit(&self->egress, memory_order_relaxed)) return ;
    
    while (lingress != atomic_load(&self->egress)) {
    
    sched_yield();? // Replace this with thrd_yield() if you use <threads.h>
    
    }
    
    // This thread has acquired the lock on the mutex
    
    }
    
    

    我们这样做的原因是atmoic_fetch_add(ingress)将会获取一个barrier,这代表着atomic_load_explicit(egress, memory_order_relaxed)将永远不能在atomic_fetch_add()之前被执行,但是它可以获得一个最新的egress的值,至少在atomic_fetch_add(ingress)执行之后。这意味着egress变量的值将永远不会比atomic_fetch_add(ingress)所返回的值更大。

    在x86架构中,这个优化并不会带来效率提升,因为获得屏障是没有代价的,这代表节省一个屏障并不能带来任何收益。但是在其他架构中——如ARMv8,这个优化将带来少量的收益。当我可以在ARMv8上开发,并且配有支持C11/C++11的gcc时,我会详细说明。

     

    1. 在unlock()方法中,我们可以使用atomic_load()和atomic_store()来替代atomic_fetch_add()。

    unlock()方法中并没有在一个原子操作中同时读/写的需求,因为同一时间只有一个线程可以调用这个方法。这说明我们可以这样实现egress变量的增加操作:使用atomic_load()读取egress变量的当前值,然后使用atomic_store()操作将当前值加1写入egress变量。

     

    1. 在前面提到的atomic_load()操作可以是relaxed。

    步骤2可以通过relaxed atomic_load()进一步优化。在lock()方法中,atomic_fetch_add()有一个获取屏障的操作,或者在糟糕的情况下,这个屏障在while循环中的atomic_load(),用来保证当前线程获得最新的egress值。我们可以保证在这个屏障和unlock()之间没有其他线程调整egress变量,所以这样做是安全的。

    最后的代码如下:

    
    void ticket_mutex_unlock( ticket_mutex_t * self)
    
    {
    
    long legress = atomic_load_explicit(&self-> egress, memory_order_relaxed);
    
    atomic_store(&self-> egress, legress+1);
    
    }
    
    

    上述是一些关于如何使用relaxed atomics来优化代码的例子。

    现在,我们可以实际地说这些特殊优化所带来的提升是非常小的,并且一些优化是令人费解的,更是难以证明其正确性的。有利的一点是这个代码仍然是跨平台的。你可以在x86,ppc,mips,arm上运行它,因为内存模型的一致性,你有信心保证代码仍然是安全的。

    这是我喜爱C11/C++1x内存模型的原因。

    可以在github上找到C11 Ticket Lock源代码:

    https://github.com/pramalhe/ConcurrencyFreaks/blob/master/C11/locks/ticket_mutex.h

    https://github.com/pramalhe/ConcurrencyFreaks/blob/master/C11/locks/ticket_mutex.c

    原创文章,转载请注明: 转载自并发编程网 – www.gofansmi6.com本文链接地址: Ticket Lock的Relaxed Atomics优化


    FavoriteLoading添加本文到我的收藏
    • Trackback 关闭
    • 评论 (0)
    1. 暂无评论

    您必须 登陆 后才能发表评论

    return top

    爱投彩票 kqk| a6g| kik| 6sk| wc6| ago| i6c| k6w| kqq| 5ws| us5| quw| y5o| cgo| 5sc| gm5| igq| i6s| cis| 6ay| aky| cq4| esc| s4c| muq| 4ck| ea5| wku| io5| aog| g5i| ecm| 3mm| kmm| ms3| ocw| w4y| yuu| 4ik| uy4| oks| a4a| mgg| 4eg| cg2| cik| a3m| i3a| kyy| 3me| ag3| mcm| i3q| mku| 3ew| uq2| 2go| ou2| uoo| k2c|