|
|
| Строка 1: |
Строка 1: |
| − | {{В разработке}}
| |
| − | '''Стек Трайбера''' ''(Treiber Stack)'' — масштабируеммый ''lock-free'' стек. Считается, что впервые данный алгоритм был опубликовал R. Kent Treiber в статье "Systems Programming: Coping with Parallelism", 1986. Алгоритм использует примитив <tex>CAS</tex> ''(compare and set)''.
| |
| − | == Описание ==
| |
| − | === Идея ===
| |
| − | Основное отличие Treiber stack от однопоточного случая, заключается в том, что несколько потоков имеют доступ к данным в стеке одновременно, а значит, могут удалять и добавлять элементы независимо. Поэтому хотелось бы как-то контролировать процесс взаимодействия потоков. Для этого введем следующие условия:
| |
| − | #Добавлять новый элемент только если уверены, что добавляемый элемент — единственный с момента начала операции.
| |
| − | #При удалении элемента, перед его возвратом, нужно быть уверенным,что никакой другой поток не добавил новый элемент в стек с начала операции.
| |
| − | === Lock-freedom алгоритмы и CAS ===
| |
| − | Для многопоточного алгоритма недостаточно требовать лишь взаимное исключение. Другое важное свойство — неблокируемость. Свойство ''Lock-freedom'' гарантирует прогресс в системе. Для его реализации используется операция <tex>CAS</tex>.
| |
| − | {{Определение
| |
| − | |definition=
| |
| − | '''Сравнение с обменом''' (англ. ''compare and set, compare and swap, CAS'') — атомарная инструкция, сравнивающая значение в памяти с одним из аргументов, и в случае успеха записывающая второй аргумент в память.
| |
| − | }}
| |
| − | Ниже представлен псевдокод операции <tex>CAS</tex>.
| |
| − | fun cas(p, old, new): bool {
| |
| − | if *p ≠ old {
| |
| − | return false
| |
| − | }
| |
| − | *p ← new
| |
| − | return true
| |
| − | }
| |
| − | <tex>CAS</tex> используется для реализации таких примитивов синхронизации, как ''mutex'' и ''semaphore''. Это своеобразный базовый "кирпичик" для ''Lock-freedom'' алгоритмов, ведь если <tex>CAS</tex> привел к неудачи, то кто-то другой изменил старое значение. Таким образом, прогресс в системе есть. <tex>CAS</tex> реализован на уровне атомарных переменных во многих языках программирование, в том числе Java и C.
| |
| | | | |
| − | == Алгоритм ==
| |
| − | === Структура стека ===
| |
| − | Как всегда каждый элемент стека содержит информацию о хранимом значении и указатель на следующий элемент. Также имеем указатель на голову стека <tex>H</tex>, который будем изменять при помощи операции <tex>CAS</tex>. Если <tex>H==null</tex>, то стек — пуст.
| |
| − | === Удаление элементов ===
| |
| − | Запомним, на что указывает голова стека (запишем в локальную переменную <tex>head</tex>). Значение, которое хранит в себе <tex>head</tex>, — то, что необходимо будет вернуть. Попробуем переместить голову стеком <tex>CAS</tex>ом. Если удалось — вернем <tex>head.value</tex>. Если нет, то это означает, что с момента начала операции стек был изменен. Поэтому попробуем проделать операцию заново.
| |
| − |
| |
| − | === Добавление элементов ===
| |
| − | Запомним, куда указывает голова стека (запишем в локальную переменную <tex>head</tex>). Создадим новый элемент, который хотим добавить в начало стека. Указатель на следующее значение для него — <tex>head</tex>. Попробуем переместить <tex>H</tex> на новый элемент, при помощи <tex>CAS</tex>. Если это удалось — добавление прошло успешно. Если нет, то кто-то другой изменил стек, пока мы пытались добавить элемент. Придется начинать сначала.
| |
| − |
| |
| − | == Псевдокод ==
| |
| − | fun '''pop'''(): Int {
| |
| − | while (true) { <font color=green>//Cas loop</font>
| |
| − | head = H
| |
| − | if (CAS (&H, head, head.next))
| |
| − | return head.value
| |
| − | }
| |
| − | }
| |
| − | fun '''push'''(x: Int) {
| |
| − | while (true) { <font color=green>//Cas loop</font>
| |
| − | head = H
| |
| − | if (head == null)
| |
| − | throw new EmptyStackException();
| |
| − | newHead = Node {value: x, next: head}
| |
| − | if (CAS (&H, head, newHead))
| |
| − | return
| |
| − | }
| |
| − | }
| |
| − |
| |
| − | == Источники ==
| |
| − | * [https://en.wikipedia.org/wiki/Treiber_Stack Treiber Stack]
| |
| − | * [https://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap CAS]
| |
| − |
| |
| − | [[Категория: Параллельное программирование]]
| |
