网站建设税种分类,wordpress 慢途网,网站建设公司运营计划,网站教程制作CMPXCHG 指令和 lwarx/stwcx#xff08;LL/SC#xff09;指令是在不同体系结构中常见的原子操作指令。
CMPXCHG: CMPXCHG 是 x86 架构中用于执行原子比较并交换操作的指令。这个指令会比较某个内存位置的值与累加器中的值#xff0c;如果相等#xff0c;则将累加器中的值赋…CMPXCHG 指令和 lwarx/stwcxLL/SC指令是在不同体系结构中常见的原子操作指令。
CMPXCHG: CMPXCHG 是 x86 架构中用于执行原子比较并交换操作的指令。这个指令会比较某个内存位置的值与累加器中的值如果相等则将累加器中的值赋给该内存位置并且返回旧的内存位置的值。因此CMPXCHG 通常用于实现原子的读-改-写操作。 lwarx/stwcx (LL/SC): lwarx/stwcx 是 PowerPC 架构中用于实现类似原子操作的指令。lwarx 用于加载一个字word的值到寄存器中而 stwcx 用于尝试将新值存储回内存。如果在这次加载和存储之间没有其他处理器修改了这个内存位置则存储操作成功否则它失败。
ABA 问题
ABA 问题指的是一个共享内存区域中的值被修改两次最终回到了原始的值使得检查不到这个变化。这种情况可能会导致并发数据结构出现问题。CMPXCHG 指令在解决ABA问题上存在缺陷因为它只能检查共享内存区域的当前值是否等于预期值但无法检查这个值是否“曾经”等于预期值。这就是 ABA 问题的根源。相比之下lwarx/stwcx 指令通过使用 LL/SC 的方式可以在加载和存储之间检测共享内存区域的变化情况因此可以避免 ABA 问题的发生。
因此lwarx/stwcx 指令能够提供更强大的原子性保证从而避免了类似于 ABA 问题的并发风险。
有一种比较有效的做法是将共享内存区域的修改与版本号或标记相关联。每次对共享内存的修改都会增加版本号这样即使出现了ABA问题由于版本号已经发生了改变便可检测到这种情况。
一些库或语言提供了支持带有回退机制的CAS操作例如 Java 中的 AtomicStampedReference 类。该类允许用户为引用的目标对象附加一个整数作为版本戳并且在CAS操作失败时可以检查目标对象是否还包含相同的版本戳。
下面这个是C实现的带版本号的CAS 一种常见的方法是创建一个结构体其中包含指向数据的指针以及版本号或标记并使用原子操作来更新和比较这两个值。通过使用 std::atomic 来确保这些操作是原子的。
#include atomictemplate typename T, typename U
struct StampedReference {T* pointer;U stamp;
};// 使用StamedReference进行CAS操作
template typename T, typename U
bool atomicCompareAndSet(std::atomicStampedReferenceT, U ref, T* expectedPointer, T* newPointer, U expectedStamp, U newStamp) {StampedReferenceT, U oldValue ref.load();if (oldValue.pointer expectedPointer oldValue.stamp expectedStamp) {StampedReferenceT, U newValue {newPointer, newStamp};return ref.compare_exchange_weak(oldValue, newValue);}return false;
}
在上面的示例中我们创建了一个 StampedReference 结构体来存储指针和版本号并编写了一个模板函数 atomicCompareAndSet 来执行CAS操作。当CAS操作失败时可以检查版本戳并采取适当的行动。 CASCompare and Swap通常与循环结合使用是因为在并发环境下多个线程尝试对同一内存位置执行 CAS 操作时可能会遇到竞争条件。如果不使用循环来重试 CAS 操作那么在竞争激烈的情况下单次 CAS 操作失败后程序可能就会放弃修改这样会导致并发操作的数据一致性出现问题。
通过在循环中重试 CAS 操作可以确保在 CAS 操作成功之前不会跳出循环从而保证了原子性和一致性。这种方法被称为自旋锁因为线程会持续尝试 CAS 直到成功而不是将自己挂起等待。
当使用 atomicCompareAndSet 这样的原子操作函数时通常还需要将其放置在一个循环中以确保 CAS 操作的原子性。这种自旋方式会在多线程环境中保证正确的行为并且能够有效地避免线程切换所带来的开销。
总之即使使用了原子操作函数也仍然需要搭配使用循环以确保 CAS 操作的成功和数据的一致性。
