C++内存模型应对高更新率数据结构的挑战:Paul E. McKenney的解决方案
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更新于2024-07-20
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在2014年的CPPCON会议上,Paul E. McKenney,一位来自IBM的Distinguished Engineer和Linux Technology Center的成员,探讨了C++内存模型如何应对高更新率数据结构的问题。演讲的主题是"C++内存模型与高更新率数据结构:Issaquah Challenge",该挑战的核心是处理并行更新时的数据一致性问题,尤其是在多线程环境中。
首先,McKenney提到了"Issaquah Challenge",这是一个具体场景,其中涉及多个CPU或线程对同一数据结构进行并发更新。在这个场景中,传统的并行更新方法并不完全适用,因为它们可能依赖于每线程独立处理或特定条件下的读取和写入。例如,如果更新只针对被读取位置的元素,并且采用存在性为基础的更新策略,这要求一种更高效、原子性的解决方案。
然后,演讲者强调了一个关键问题,即C++中的内存模型如何处理这种复杂性。传统的编程范式,如C语言,可能会导致竞态条件和数据竞争,而这些在高并发和低延迟的应用中是致命的。McKenney指出,C++标准并未直接解决这个问题,特别是在原子操作和内存顺序控制方面。
接着,他提出了一种名为"原子多结构更新"的方法,作为Issaquah Challenge的一个解决方案。这个方法的核心思想是设计一种机制,能够确保在执行多步原子操作时,比如在二叉树中同时从左向右移动一个元素(步骤1),再从右向左移动另一个元素(步骤4),这样的操作能够保证数据的一致性和完整性,即使在并发环境下也不会出现数据丢失或不一致。
为了实现这一目标,McKenney可能讨论了诸如原子引用(atomic reference)、原子操作(atomic operations)、内存屏障(memory fences)以及C++11/14标准中提供的std::atomic模板类等技术,这些都是保证内存模型正确性的关键手段。他可能会解释如何利用这些工具来构建线程安全的并发数据结构,比如使用std::atomic_ptr或std::atomic<T>来包装共享数据,同时避免读修改冲突。
此外,演讲中还可能提及了一些陷阱,如循环不变性(loop invariants)的重要性,以及如何通过正确的数据依赖分析来确保并发代码的正确执行。他还可能提到,尽管有了这些技术,程序员仍然需要谨慎处理并发场景,避免过度使用锁(lock-free编程)以提高性能,但同时也必须保持代码的可读性和维护性。
McKenney的演讲深入剖析了C++内存模型在处理高并发、高更新率数据结构时的挑战,以及如何通过创新的原子操作和内存管理技术来克服这些问题。这对于理解和实践现代高性能、并行计算的C++开发者来说,是一份宝贵的资源。
2020-07-02 上传
2023-05-23 上传
2023-05-22 上传
2023-04-01 上传
2023-05-26 上传
2023-03-31 上传
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2023-03-31 上传
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