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Wie implementiert man einen 64-Bit-Atomz?hler mit nur 32-Bit-Atomvariablen?

Dec 11, 2024 pm 05:38 PM

How to Implement a 64-bit Atomic Counter Using Only 32-bit Atomic Variables?

Implementierung eines 64-Bit-Atomz?hlers mit 32-Bit-Atomvariablen

Frage:

Entwerfen und implementieren Sie einen 64-Bit-Atomz?hler mit 32-Bit-Atomvariablen. Der Z?hler verfügt über einen einzigen Schreiber (Signalhandler) und mehrere Leseger?te.

Code:

class counter {
    atomic<uint32_t> lo_{};
    atomic<uint32_t> hi_{};
    atomic<uint32_t> gen_{};

    uint64_t read() const {
        auto acquire = memory_order_acquire;
        uint32_t lo, hi, gen1, gen2;
        do {
            gen1 = gen_.load(acquire);
            lo = lo_.load(acquire);
            hi = hi_.load(acquire);
            gen2 = gen_.load(acquire);
        } while (gen1 != gen2 || (gen1 & 1));
        return (uint64_t(hi) << 32) | lo;
    }

    void increment() {
        auto release = memory_order_release;
        gen_.fetch_add(1, release);
        uint32_t newlo = 1 + lo_.fetch_add(1, release);
        if (newlo == 0) {
            hi_.fetch_add(1, release);
        }
        gen_.fetch_add(1, release);
    }
};

Antwort:

Der bereitgestellte Code ist eine korrekte Implementierung eines 64-Bit-Atomz?hlers unter Verwendung von 32-Bit-Atomvariablen. Es verwendet eine als SeqLock bekannte Technik, die eine Generationsz?hlung verwendet, um die Konsistenz der oberen und unteren H?lften des Z?hlers aufrechtzuerhalten.

Der Lesevorgang verwendet eine Schleife, um w?hrend der Verarbeitung den korrekten Zustand des Z?hlers zu ermitteln m?gliche Wettrennen zwischen Lesern und Autoren. Der Schreibvorgang erh?ht sowohl den oberen als auch den niedrigen Teil des Z?hlers atomar und verwendet dabei die Speicherreihenfolge, um das korrekte Verhalten sicherzustellen.

Verbesserte Implementierung:

W?hrend der bereitgestellte Code korrekt ist , es kann für eine bessere Leistung und Effizienz verbessert werden:

  • Anstatt atomare RMW-Operationen für die Z?hlernutzlast zu verwenden, verwenden sie kann durch einfache Lade- und Speichervorg?nge ersetzt werden, um unn?tigen Overhead zu vermeiden.
  • Der Sequenzz?hler kann auch mit einfachen Lade- und Speichervorg?ngen beibehalten werden, da er nur monoton ansteigend und nicht atomar aktualisiert werden muss.

Alternatives Design:

Ein alternatives Design, das atomare RMW-Operationen vollst?ndig überflüssig macht, ist die Verwendung einer Union eines volatilen uint64_t und eines std::atomic Variable. Der flüchtige Teil kann zum Lesen und Schreiben des Werts verwendet werden, w?hrend die atomare Variable zum Aktualisieren des Sequenzz?hlers verwendet werden kann. Dieser Ansatz bietet die notwendigen Garantien für korrektes Verhalten und optimiert gleichzeitig die Leistung.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWie implementiert man einen 64-Bit-Atomz?hler mit nur 32-Bit-Atomvariablen?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!

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