Handle table中CAS操作与A-B-A Problem解析

在研究handle table的时候顺便研究的东西。Baidu了下,发现国内这方面的资料几乎没得,然后就准备瞎bb下,为下面的一篇介绍handle table的结构做准备。

关于lock-free data structure。以及解决这个问题中使用的CAScompare and swap)操作。以及使用CAS操作的时候出现的A-B-A Problem

对于lock-free data structure问题的解决,一般是使用流行的CAS操作。来防止需要读写的区域的数值和预期的数值不一样的情况。

Shared,non-blocking的数据结构,和shared blocking的数据结构相比,采用了比较原始的同步方法。咱讨论最多的一个同步方法,就是CAScompare and swap)。

 

       关于CAS操作的伪代码如下:

CAS(A,B,C)

BEGIN ATOMIC

if (A==C) {A=B; return TRUE; }

else { return FALSE; }

END ATOMIC

 

在使用CAS操作的时候,在计算之前,首先记录下一个变量的值。经常是记录一个shared data structure 实现的pointer。然后把这个变量的值存起来。这个时候,当得到了这个变量的新的值,需要update这个共享变量的数值的时候,就需要采用CAS操作来自动update这个共享变量的值。

CAS操作首先检查shared var的值和已经保存起来的值是不是一样的,如果是一样的,就执行update操作。如果不是一样的,就报错。

如果操作失败了的话,就使用这个shared var的新的值来重新做一次计算操作。这个原理,和数据库管理系统里面的并发控制是非常类似的。然后,就把这个shared var所在的link list里面相关的节点,指向一个新的node。这个过程就叫做swap

就如上面的伪代码里面给出的实现,下面给一个代码实现:

 

bool cas(volatile word* memory, word newValue, word expectedValue)

{

       atomically

       {

              if(*memory == expectedValue)

              {

                     *memory = newValue;

                     return true;

              }

              return false;

       }

}

 

这里介绍了对共享变量的最常用的CAS操作,那么使用这个操作的时候,会出现一个比较经典的问题,叫做A-B-A Problem

ABA Problem就是譬如一个共享变量A,需要update到一个新的值C,而记录这个变量的值是B,此时A=B;在记录和update的这段时间中,这个共享变量被其余的job或者是thread操作修改了很多次,但是在update之前,还是回到了最开始的值。这就叫做ABA Problem。在构造一个特定的程序的时候,就会出现问题。

 

下面是在一个调用stack里面的ABA Problem

 

class members

foo (thread stack)

foo: pop till 1.

head_ = a

current = a

 

head_->next_ = b

current->next_ = b

bar: pop node a

head_ = b

 

 

head_.next_ = c

 

bar: pop node b

head_ = c

 

 

head_.next_ = d

 

bar: push node a

head_ = a

 

 

head_.next_ = c

 

foo: pop 2. cas

head_ = a

current = a

 

head_.next_ = c

current->next_ = b

 

其中,foo为一个操作head节点的作业,bar为一个中间操作shared var(head_)的作业。

 

对与CAS产生的这个ABA的问题,通常的解决方案是采用CAS的一个变种DCAS

DCAS,是对于每一个shared var增加了一个引用的表示修改次数的标记符。对于每个shared var,如果引用修改了一次,这个计数器就增加一个。然后在这个变量需要update的时候,就同时检查变量的值和计数器的值。

 

DCAS的伪代码如下:

DCAS(A1,A2,B1,B2,C1,C2)

BEGIN ATOMIC

if ((A1==B1) && (A2==B2)) { A1=C1; A2=C2; return TRUE; }

else { return FALSE; }

END ATOMIC

 

另外,还有NON-BLOCKING LINK LIST及其改进算法,不扯远了。如果想继续研究,请找University of Manitoba, Canada的一篇叫做“MANAGING LONG LINKED LISTS USING LOCK FREE TECHNIQUES”的论文。

 

handle table中,就定义了一个link list

EX_PUSH_LOCK HandleTableLock[HANDLE_TABLE_LOCKS]

来防止在handle allocation的时候出现的ABA Problem。再看看这个结构体的定义,里面用了一个ActiveCount来标识引用了多少次:

 

+1c struct   _ERESOURCE HandleTableLock

+1c    struct   _LIST_ENTRY SystemResourcesList

+1c       struct   _LIST_ENTRY *Flink

+20       struct   _LIST_ENTRY *Blink

+24    struct   _OWNER_ENTRY *OwnerTable

+28    int16    ActiveCount

+2a    uint16   Flag

+2c    struct   _KSEMAPHORE *SharedWaiters

+30    struct   _KEVENT *ExclusiveWaiters

+34    struct   _OWNER_ENTRY OwnerThreads[2]

          uint32   OwnerThread

          int32    OwnerCount

          uint32   TableSize

 

8/18/2008 2:33:01 PM  lbq1221119@cnblogs  首发sscli.cnblogs.com

posted on 2008-08-18 14:36 lbq1221119 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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