无锁队列是一种高效、线程安全的数据结构,尤其在多核处理器的并行计算环境中,它能够提供比锁机制更高的性能。C11标准引入了新的原子操作(atomic operations)特性,使得开发者能够更容易地实现无锁数据结构,如无锁队列。本文将深入探讨C11无锁队列的原理、设计与实现。 理解无锁编程(Lock-Free Programming)的基本概念是至关重要的。在无锁编程中,多个线程可以同时访问共享资源而无需使用传统的互斥锁,从而避免了锁带来的竞争条件和死锁问题。无锁数据结构通过原子操作来确保数据的一致性和完整性,这些操作在硬件层面得到支持,能够在不引发中断的情况下完成。 C11标准库中的``头文件提供了原子类型和操作,如`atomic_flag`、`atomic_int`等,以及一系列原子操作函数,如`atomic_compare_exchange_strong`、`atomic_fetch_add`等。这些工具是构建无锁队列的基础。 无锁队列通常基于两种主要的设计模式:Michael & Scott队列和Henderson & Mellor-Crummey队列。这里我们主要关注Michael & Scott队列,因为它更简单且易于理解和实现。该队列由两个指针组成:一个头部(head)和一个尾部(tail),它们指向队列中的元素。头部用于出队,尾部用于入队。入队操作在尾部添加元素,而出队操作则从头部移除元素。关键在于如何在不使用锁的情况下安全地更新这两个指针。 在C11中,我们可以使用原子操作来实现这个过程。例如,当一个线程尝试入队时,它首先获取当前的尾部指针,然后在新位置创建元素,并尝试原子地更新尾部指针。如果在此期间其他线程已经更新了尾部,那么当前线程会重试整个过程。出队操作类似,但涉及到头部指针的更新。 无锁队列的实现需要注意以下几点: 1. **自旋等待**:由于原子操作可能失败,因此需要设计一种机制让线程在失败后自旋等待,直到条件满足为止。C11提供了`atomic_flag`,可以用来实现自旋锁。 2. **内存模型**:C11标准定义了弱内存模型,这意味着原子操作之间的内存可见性需要特别注意。通常需要使用`memory_order`标记来指定操作的顺序和内存一致性。 3. **避免ABA问题**:无锁队列可能会遇到ABA问题,即一个元素被出队后又被另一个元素替换,然后再被原来的元素入队。这可能导致数据丢失。一种常见的解决方法是使用版本号或者序列号来检测这种情况。 4. **缓存对齐**:为了确保原子操作的正确性,队列中的元素和指针应当进行缓存对齐,防止因内存对齐问题导致的错误。 在"lockless-queue-master"这个项目中,可以预期代码实现了上述无锁队列的基本概念,并利用C11的原子操作来保证并发安全性。通过阅读源码,可以更深入地理解无锁队列的实现细节,包括其数据结构设计、原子操作的使用以及可能的优化策略。 C11无锁队列是一种利用原子操作实现的高性能并发数据结构,它避免了传统锁带来的性能瓶颈。理解和实现这样的队列对于进行高效的并发编程至关重要,尤其是在多线程和多核环境下的系统设计。通过研究"lockless-queue-master"项目,开发者可以学习到无锁编程的实用技巧和C11标准中的相关知识。
2025-04-04 22:28:43 3KB
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包含Python MySQL-python-1.2.3.win32-py2.7.msi setuptools-0.6c11.win32-py2.7.exe chromedriver_win_23.0.1240.0.zip IEDriverServer_Win32_2.25.3.zip
2023-10-12 06:03:16 17.53MB Python
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C11 标准帮助文档,docsets 格式,可使用 zeal 软件查看
2023-08-12 20:09:26 106.2MB C11 docset
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从技术层⾯上讲,本书介绍了C语⾔的最新标准,即ISO/IEC 9899: 2011。同时,也介绍了主流开源C语⾔编译器GCC与Clang对标准C语⾔语 法的扩充。⽽且所基于的编译器和开发环境也是⽐较新的Visual Studio Community 2017、GCC 5,以及Clang 3.8(Apple LLVM 8.0,基于Xcode 8)。 从适合读者阅读和掌握知识的结构安排上讲,本书分为“预备知识 篇”、“基础语法篇”、“⾼级语法篇”,以及“语法扩展篇”,还有最后的“项 ⽬实践篇”。从基础到⾼级,循序渐进地为读者描述C语⾔编程⽅法。本书 尤其着重C语⾔标准语法上的精确描述,通过许多代码⽚段给读者介绍各 种C语⾔语法知识,并且能反映出C语⾔的灵活性以及在使⽤上的约束。 本书推崇读者使⽤合法免费的C语⾔编译器以及集成开发环境,希望 读者能有正确的软件版权意识,这样才能更好地为我国软件事业增添光 彩,为打造良好的应⽤市场以及⽣态环境作出贡献。因此,本书主要选择 使⽤GCC、Clang这两个主流开源免费的C语⾔编译器,⽽集成开发环境 (IDE)则采⽤Visual Studio Community、Eclipse、Xcode这三个常⽤的免 费开发⼯具,其中,Visual Studio Community不是开源的,⽽Xcode则是部 分开源的。 本书虽然会讲解整个C编程语⾔,涉及了⼏乎所有的语法点,但是考 虑到本书读者可能是初学C语⾔,且没有多少计算机专业知识,所以本书 措辞会尽量通俗,⽽不过于追求学术化。某些描述可能会不太严谨,但对 于本书所⽤到的GCC、Clang这两⼤主流编译器⽽⾔将完全适⽤。另外,考 虑到不少读者从事嵌⼊式系统开发⼯作,所以对于C语⾔标准中出现的所 谓“由实现定义的”场合会尽量区分情况分别阐明。本书的最终的⽬的就是 让读者⾄少能熟练掌握C语⾔编程,能将它灵活地运⽤于实际⼯程中。
2023-05-23 17:39:53 20.62MB C语言 编程 C11标准
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最新 C 标准参考手册,包含:C89, C95, C99, C11, C17
2023-03-09 19:47:04 73.37MB C89 C95 C99 C11
(0积分)C语言标准(c89,c99,c11,c17,c2x)
2023-02-28 10:23:22 20.98MB c语言 开发语言
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ISO/IEC 9899:2011 C11 C标准 英文版 PDF 非扫描版 INTERNATIONAL STANDARD ISO/IEC 9899 Third edition 2011-12-15
2023-01-12 09:48:14 2.05MB ISO/IEC 9899:2011 C11
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setuptools-0.6c11.tar.gz 下载 http://knight-black-bob.iteye.com/blog/2374975
2022-12-04 14:13:05 251KB setuptools python 安装
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cproc:C11编译器(镜像)
2022-11-27 22:41:33 118KB c unix compiler qbe
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2011年12月8日,ISO正式公布C语言新的国际标准草案:ISO/IEC 9899:2011,即C11 这是最新的C语言参考手册
2022-11-05 20:31:54 1.01MB C语言 参考手册 C11
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