Question

我正在尝试找到一种方法来实现无锁或非阻塞方式，为单个使用者/单个使用者创建一个环形缓冲区，它将覆盖缓冲区中最旧的数据。我已经阅读了很多无锁算法，如果缓冲区已满，则“返回false”时可以正常工作 - 即不添加;但是，当你需要覆盖最旧的数据时，我甚至找不到谈论如何做的伪代码。

我正在使用GCC 4.1.2（工作中的限制，我无法升级版本......）而且我有Boost库，而且在过去我制作了自己的Atomic＆lt; T>变量类型与upcomming规范非常接近（它不完美，但它是线程安全的并且做我需要的）。

当我想到它时，我认为使用这些原子应该真正解决问题。关于我在想什么的一些粗略的伪代码：

template< typename T , unsigned int Size>
class RingBuffer {
private:
Atomic<unsigned int> readIndex;
Atomic<unsigned int> writeIndex;
enum Capacity { size = Size };
T* buf;

unsigned int getNextIndex(unsigned int i)
{
 return (i + 1 ) % size;
}

public:
RingBuffer() { //create array of size, set readIndex = writeIndex = 0 }
~RingBuffer() { //delete data }
void produce(const T& t)
{
 if(writeIndex == getNextIndex(readIndex)) //1
 {
  readIndex = getNextIndex(readIndex); //2
  }
  buf[writeIndex] = t;
  writeIndex = getNextIndex(writeIndex);  //3
}

bool consume(T& t)
{
  if(readIndex == writeIndex)  //4
   return false;
  t = buf[readIndex];  
  readIndex = getNexIndex(readIndex);  //5
  return true;
}

};

据我所知，这里没有死锁情况，所以我们对此是安全的（如果上面的实现错误，即使在伪代码级别上也是如此，建设性的批评总是受到赞赏）。但是，我能找到的大竞争条件是：

让我们假设缓冲区已满。也就是说，writeIndex +1 = readIndex; （1）发生，正如消耗被调用。是真的（4）是假的，所以我们从缓冲区移动读取（5）发生，并且readIndex是高级的（因此事实上，缓冲区中存在空间）（2）发生，推进readIndex AGAIN，从而丢失该值。

基本上，它的一个典型的写作问题必须修改读者，导致竞争条件。每次访问时都没有实际阻止整个列表，我想不出有办法防止这种情况发生。我错过了什么？

Answer 1

从具有适当进度保证的单个生产者/多个消费者队列开始。
如果队列已满并且推送失败，请弹出一个值。然后会有空间来推动新的价值。

Answer 2

我错过了什么？

的数量：

说你在生产者被覆盖时消耗了一个t - 你如何检测/处理它？
- 很多选择 - 例如do {将值复制出来;使用修改序列num等} while ( corrupt )
使用原子序数是不够的 - 你还需要使用CAS风格的循环来影响索引增量（虽然我确实假设你已经知道了，因为你已经对此已经广泛阅读了）
记忆障碍

但是，让我们把它写成低于你的伪代码级别，并考虑你明确的问题：

point（5）实际上需要CAS操作。如果在consume()之前正确地对readIndex进行了采样/复制 - 在复制（可能已损坏）t之前 - 如果生产者已经增加了CAS指令，则CAS指令将失败。而不是通常的重新采样和重试CAS，只需继续。

Answer 3

这是我最近创建的原子变量的循环缓冲区代码。我已将其修改为＆＃34;覆盖＆＃34;数据而不是返回false。免责声明 - 尚未进行生产等级测试。

    template<int capacity, int gap, typename T> class nonblockigcircular {
  /*
   * capacity - size of cicular buffer
   * gap - minimum safety distance between head and tail to start insertion operation
   *       generally gap should exceed number of threads attempting insertion concurrently 
   *       capacity should be gap plus desired buffer size 
   * T   - is a data type for buffer to keep
   */
  volatile T buf[capacity];  // buffer

  std::atomic<int> t, h, ph, wh; 
  /* t to h data available for reading
   * h to ph - zone where data is likely written but h is not updated yet
   *   to make sure data is written check if ph==wh 
   * ph to wh - zone where data changes in progress 
   */

  bool pop(T &pwk) {
    int td, tnd;

    do {
      int hd=h.load()%capacity;
      td=t.load()%capacity;
      if(hd==td) return false;
      tnd=(td+1)%capacity;
    } while(!t.compare_exchange_weak(td, tnd));

    pwk=buf[td];
    return true;
  }


  const int  count() {
    return ( h.load()+capacity-t.load() ) % capacity;
    }

  bool push(const T &pwk) {
    const int tt=t.load();
    int hd=h.load();

    if(  capacity - (hd+capacity-tt) % capacity < gap) {
       // Buffer is too full to insert
       // return false; 
       // or delete last record as below
       int nt=t.fetch_add(1);
       if(nt==capacity-1) t.fetch_sub(capacity);
       }


    int nwh=wh.fetch_add(1);
    if(nwh==capacity-1) wh.fetch_sub(capacity);

    buf[nwh%capacity]=pwk;

    int nph=ph.fetch_add(1);
    if(nph==capacity-1) ph.fetch_sub(capacity);

    if(nwh==nph) {
      int ohd=hd;
      while(! h.compare_exchange_weak(hd, nwh) ) {
        hd=h.load();
        if( (ohd+capacity-hd) % capacity > (ohd+capacity-nwh) % capacity ) break;
      }
    }
    return true;
  }

};

C / C ++无锁（或非阻塞）环形缓冲区，它覆盖了最旧的数据？

3 个答案: