Was ist lock-free-Multithread-Programmierung?

Den Schlüssel in lock-free Programmierung ist die Nutzung von hardware-intrinsic atomic Operationen.

Als eine Angelegenheit von der Tat, auch Schleusen selbst verwenden müssen, diese Atomare Operationen!

Aber der Unterschied zwischen gesperrt und die lock-free Programmierung ist, dass ein lock-free-Programm kann nie angehalten werden, vollständig von jedem einzelnen thread. Im Gegensatz dazu, wenn in ein Sperr-Programm-ein thread eine Sperre und dann vom Dienst suspendiert, auf unbestimmte Zeit, das gesamte Programm blockiert und können keine Fortschritte machen. Dagegen ein lock-freies Programm Fortschritte machen kann, auch wenn die einzelnen Fäden sind auf unbestimmte Zeit ausgesetzt.

Hier ein einfaches Beispiel: Eine gleichzeitige Zähler Inkrementieren. Wir präsentieren zwei Versionen, die beide sind "thread-safe" sind, d.h. welche mehrmals aufgerufen werden kann gleichzeitig. Erste gesperrte version:

int counter = 0;
std::mutex counter_mutex;

void increment_with_lock()
{
    std::lock_guard<std::mutex> _(counter_mutex);
    ++counter;
}

Nun die lock-freie version:

std::atomic<int> counter(0);

void increment_lockfree()
{
    ++counter;
}

Nun stellen Sie sich vor Hunderten von Threads, rufen Sie die increment_* Funktion die gleichzeitig. In der gesperrten version, kein Gewinde Fortschritte machen kann, bis der lock-holding thread entsperrt den mutex. Im Gegensatz dazu, in die lock-freie version, alle threads Fortschritte machen kann. Wenn ein thread gehalten wird, wird es wohl nicht seinen Anteil der Arbeit, aber alle anderen bekommt, um Ihre Arbeit zu machen.

Es ist erwähnenswert, dass im Allgemeinen lock-freie Programmierung trades Durchsatz und die mittlere Latenz Durchsatz für vorhersagbare Latenzzeit. Das heißt, dass ein lock-free-Programm wird in der Regel weniger getan, als einen entsprechenden schließ-Programm, wenn es nicht zu viel Streit (seit Atomare Operationen sind langsam und wirken viel von dem rest des Systems), aber es garantiert nie zu unvorhersehbar hohen Latenzzeiten.

Die Idee des "lock-frei" ist nicht wirklich nicht mit einer Sperre, die Idee ist die Minimierung der Anzahl von sperren und/oder kritische Abschnitte, indem Sie einige Techniken, die uns erlauben, nicht zu benutzen, sperren für die meisten Operationen.

Es erreicht werden kann, mit optimistisch-design oder transactional memory, wo Sie nicht sperren die Daten für alle Operationen, sondern nur auf einige bestimmte Punkte (wenn die Transaktion in der Transaktions-Speicher, oder wenn Sie brauchen, um roll-back in optimistisch-design).

Andere alternativen basieren auf atomaren Implementierungen einige Befehle, wie CAS (Compare Und Swap), die auch ermöglicht es uns zu lösen, die Konsens-problem gegeben eine Implementierung davon. By doing swap auf Referenzen (und kein thread arbeiten auf die gemeinsamen Daten), die CAS-Mechanismus ermöglicht uns die einfache Implementierung von lock-freien optimistisch-design (austauschen, um die neuen Daten, wenn und nur wenn niemand sich verändert haben es bereits, und dies erfolgt atomar).

Jedoch, zur Umsetzung der zugrunde liegende Mechanismus, um einer von Ihnen - einige sperren wird wahrscheinlich verwendet werden, aber die Zeit, die die Daten gesperrt ist (soll) gehalten werden, zu mindestens, wenn diese Techniken eingesetzt werden, richtig.

haben Sie die interlocked-Bibliothek in windows
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms683590(v=vs. 85).aspx
dieser als lock frei.

*il nur Zitat aus msdn als im kein großer Experte:
aber im Grunde, wenn die hardware premits es wird Ihnen eine Atomare operation, behandelt dieses "lockfree" sonst wird es eine Sperre um es zu verwenden, Speicher-Beeren-Technik
*

hier sind mehrere Varianten auf _InterlockedExchange, die variieren basierend auf den Datentypen, die Sie betreffen und ob die Prozessor-spezifische erwerben oder release-Semantik verwendet wird.
Während die _InterlockedExchange-Funktion arbeitet auf 32-bit-integer-Werte, _InterlockedExchange64 arbeitet auf 64-bit-integer-Werte.
Die _InterlockedExchange_acq und _InterlockedExchange64_acq intrinsische Funktionen sind die gleichen wie die entsprechenden Funktionen aus, ohne die _acq suffix, außer, dass der Betrieb erfolgt mit Erwerb der Semantik, was nützlich ist, beim Eintritt in einen kritischen Abschnitt.
Es gibt keine version dieser Funktion, die verwendet release-Semantik.
In Visual C++ 2005, diese Funktionen Verhalten sich, als lese-schreib-Speicher Barrieren. Weitere Informationen finden Sie unter _ReadWriteBarrier.
Diese Routinen sind nur als Interna.