辅导:LockFree结构开发注意事项
来源:优易学  2011-10-8 11:10:36   【优易学:中国教育考试门户网】   资料下载   IT书店
  重写内存分配器,系统上用的内存分配器很不方便,为了加入引用计数功能而牺牲了简单性,而且为了线程安全用了一些锁。这次做到了所有内存分配和释放都是Lock Free的。因为内存块之间是单链表,所以实现Lock Free比较简单。难的地方是管理空闲资源是用的一个数组,这时要使用DCAS及类似的方法(k word compare and k-th swap)。我的电脑不支持CAS操作,所以无法判断。在远程服务器上,100个线程同时分配1000~100000不等个4字节大小的内存,内存池从40字节起增长,无锁结构用时15秒左右,有锁结构用时9秒左右。用10个线程同时分配900000~1000000不等个4字节大小的内存,内存池从40字节起增长,无锁结构用时14秒左右,有锁结构用时14秒左右。用5个线程同时分配1800000~2000000不等个4字节大小的内存,内存池从40字节起增长,无锁结构用时8秒左右,有锁结构用时13秒左右。
  青年人网站测试显示,无锁结构在线程数接近内核实际数量的时候表现才优于有锁结构。而在大量线程工作时候效果不佳。因为内存分配使用的是数组结构而不是单链表结构,理论上,每次操作都和整个数组相关,因此会造成数个线程的原子操作都在等待一个数组的完成,产生大量垃圾代码,影响了执行效率。而在线程数量较少的情况下,锁的开销会比垃圾代码执行的开销大。
  下面是DCAS利用CAS进行模拟的一个方法:
  bool cas(volatile void** x, void* new_x, void* old_x);
  bool dcas(volatile void** x, void* new_x, void* old_x, volatile void** y, void* new_y, void* old_y)
  {
  if (old_x == DCAS_BUSY_VAL)
  return false;
  if (!cas(x, DCAS_BUSY_VAL, old_x))
  return false;
  if (!cas(y, new_y, old_y))
  {
  x = old_x;
  return false;
  }
  x = new_x;
  return true;
  }
  基本模拟思路是在对y变量进行更新之前,用一个DCAS_BUSY_VAL的变量将x变量锁定,然后就可以安全更新y变量,再安全更新x变量。其他的k-compare-and-k-swap都可以用这个思路实现。

责任编辑:小草

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