c - 带有 Gcc 内置函数的 LockFree 队列

Question

我正在开发一个单独的写入/读取器 lock_free 队列，该队列放置在共享内存上，该内存将由两个不同的 Linux 进程打开。两个进程都使用 MAP_SHARED 打开 shm。

队列如下所示：

typedef stuct {
    unsigned char Data[ 256 ];
} Element_Type;
typedef struct {
    unsigned int Snd_Cnt;
    unsigned int Rcv_Cnt;
    Element_Type Elems[ 100 ];
} Queue_Type;

OBS：两个 Linux 进程打开相同的共享内存并将其视为指向 Queue_Type 的指针。假设指针是 Shm_p。

作为编写器的 Linux 进程是这样​​的：

Tmp_Snd_Cnt = (Shm_p->Snd_Cnt + 1u) % 100;
__atomic_load(&Shm_p>Rcv_Cnt, &Tmp_Rcv_Cnt, __ATOMIC_ACQUIRE);
if (Tmp_Snd_Cnt != Tmp_Rcv_Cnt) {
    memcpy(&Shm_p->Elems[ Tmp_Snd_Cnt ].Data[ 0 ], pointer_to_real_data, size_of_real_data <= 256);
    __atomic_store(&Shm_p>Snd_Cnt, &Tmp_Snd_Cnt, __ATOMIC_RELEASE);
}

作为读者的 Linux 进程是这样​​的：

Tmp_Rcv_Cnt = Shm_p->Rcv_Cnt;
__atomic_load(&Shm_p>Snd_Cnt, &Tmp_Snd_Cnt, __ATOMIC_ACQUIRE);
if (Tmp_Snd_Cnt != Tmp_Rcv_Cnt) {
    pointer_to_real_data = &Shm_p->Elems[ Tmp_Rcv_Cnt ].Data[ 0 ];
    Tmp_Rcv_Cnt = (Tmp_Rcv_Cnt + 1u) % 100;
    __atomic_store(&Shm_p>Rcv_Cnt, &Tmp_Rcv_Cnt, __ATOMIC_RELEASE);
}

我的问题是，您是否看到像比赛和其他东西这样的方法有任何问题？

我所看到的是以下内容：有时读者会获取 pointer_to_real_data 以指向未更新的数据。这表明 GCC 已将 memcpy 放在 atomic_store 之后（即编译时指令重新排序）。为了缓解这种情况，我asm volatile("" : : : "memory")在编写器代码中的原子存储之前放置了。读者得到了正确的数据。

为了让事情变得更奇怪，我拿走了 asm volatile 并再次编译。代码开始工作。（我在再次测试之前已经清除了 shm）。

所以很明显，当读者获得未更新的数据时，编译器在第一种情况下做了一些奇怪的事情，而没有 asm volatile。可能是什么？

现在，为了安全起见，我在那里有 asm volatile 以指示编译器不要重新排序代码。

提前致谢。

稍后编辑（为了减轻在存储 Rcv_Cnt 后阅读器变慢的情况下覆盖指针到真实数据的问题）：

typedef stuct {
    unsigned char Data[ 256u ];
} Base_Element_Type;
typedef stuct {
    unsigned int      Idx;
    Base_Element_Type Base_Elems[ 2u ];
} Element_Type;
typedef struct {
    unsigned int Snd_Cnt;
    unsigned int Rcv_Cnt;
    Element_Type Elems[ 100u ];
} Queue_Type;

编写器代码：

Tmp_Snd_Cnt = (Shm_p->Snd_Cnt + 1u) % 100u;
__atomic_load(&Shm_p>Rcv_Cnt, &Tmp_Rcv_Cnt, __ATOMIC_ACQUIRE);
if (Tmp_Snd_Cnt != Tmp_Rcv_Cnt) {
    Elem_p = &Shm_p->Elems[ Tmp_Snd_Cnt ];
    memcpy(&Elem_p->Base_Elems[ Elem_p->Idx ].Data[ 0u ], pointer_to_real_data, size_of_real_data <= 256u);
    __atomic_store(&Shm_p>Snd_Cnt, &Tmp_Snd_Cnt, __ATOMIC_RELEASE);
}

阅读器代码：

Tmp_Rcv_Cnt = Shm_p->Rcv_Cnt;
__atomic_load(&Shm_p>Snd_Cnt, &Tmp_Snd_Cnt, __ATOMIC_ACQUIRE);
if (Tmp_Snd_Cnt != Tmp_Rcv_Cnt) {
    Elem_p = &Shm_p->Elems[ Tmp_Rcv_Cnt ];
    pointer_to_real_data = &Elem_p->Base_Elems[ Elem_p->Idx ].Data[ 0u ];
    Elem_p->Idx = (Elem_p->Idx + 1u) % 2u;  
    Tmp_Rcv_Cnt = (Tmp_Rcv_Cnt + 1u) % 100u;
    __atomic_store(&Shm_p>Rcv_Cnt, &Tmp_Rcv_Cnt, __ATOMIC_RELEASE);
}

这应该工作......对吧？！

标签： cgccqueueatomiclock-free