我可以将部分数据用作锁定吗?

Question

我有一个大数组（3E9元素）数据，我正在在多个线程中更新其值。我刚刚发现有种族条件。

我认为锁定整个功能是不必要的，因为元素彼此独立，可以同时安全完成data[1]和data[234]上的更新。

我还发现data[]中每个元素中最重要的位永远不会使用。在该位上实现GCC Atomic内置锁是否安全？

我的代码如下，但似乎正在发生僵局。

const unsigned short LOCK_MASK = 1<<15;
unsigned short * lock = &(data[position]); 
unsigned short oldLock, newLock;
//lock 
do {
    oldLock = *lock;
    newLock = oldLock ^ LOCK_MASK;
} while ((oldLock & LOCK_MASK) || !__sync_bool_compare_and_swap(lock, oldLock, newLock));
//update data[position] here
...
...
...
//unlock
*lock ^= LOCK_MASK; 

我还阅读了这篇文章（由GCC原子操作构建的轻质自旋锁？），并在我的data

上添加了volatile

编辑在我的设计中，0表示解锁，1表示锁定

Answer 1

您的代码包含许多数据竞赛，包括oldLock = *lock并解锁位*lock ^= LOCK_MASK，由于没有发布障碍，这无法使您的更新与其他内核同步。

请注意，除了锁定数组段以进行写入访问之外，您还需要锁定该段以进行读取访问，因为必须同步读取和写入。

在该位上实现GCC Atomic内置锁是否安全？

如果要表达单独的状态进行读取和写入访问（解锁，锁定的X N，写锁定），则需要多个位。锁定到2个状态的单个位限制，锁定和解锁，它可以根据您的代码来实现：

const unsigned short LOCK_MASK = 1<<15;
void lock_array_segment(int position)
{
    unsigned short *lock = &data[position]; // global array
    unsigned short oldLock, newLock;
    do {
        oldLock = __atomic_load_n (lock, __ATOMIC_RELAXED);
        newLock = oldLock | LOCK_MASK; // set bit
    } while ((oldLock & LOCK_MASK) || !__sync_bool_compare_and_swap(lock, oldLock, newLock));
}

void unlock_array_segment(int position)
{
    unsigned short *lock = &data[position]; // global array
    unsigned short oldLock, newLock;
    oldLock = __atomic_load_n (lock, __ATOMIC_RELAXED);
    newLock = oldLock & ~LOCK_MASK; // clear bit
    __atomic_store_n (lock, newLock, __ATOMIC_RELEASE);
}

在大多数情况下，__sync_bool_compare_and_swap的文档说，这些内置被认为是完整的障碍。您需要在这里获得障碍，因此应涵盖。

由于您的方法是基于Spinlocking，因此如果您想将读书保留更长的时间，则无法正常工作。在这种情况下，考虑需要锁定的数据阵列中每个段的单独的segment使用单独的静音方法来考虑更直接的方法。如果要让多个阅读器访问，请考虑使用std::shared_mutex（C 17）或boost::shared_mutex。

Answer 2

您应该考虑更多的标准锁定方式（在C 11或更高）。

也许首先要阅读一些pthread教程（至少对于那里解释的概念）。

阅读有关C 中的原子操作和线程支持。

您可以在连续的1024（或两个其他功率）元素的每个段中考虑静音。

您可能会考虑一种生产者 - 消费者的方法。