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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主要介绍Queue的相关知识,包括Queue的定义,发送和接收消息的方式等内容。重点使用Free RTOS中Queue的接口,实现数据在不同task之间的发送和接收的案例,并在板卡上验证该功能。
2024-06-29 11:40:50 71.98MB stm32
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有关linux内核模块编写,有关使用dev_queue_xmit、dev_hard_start_xmit的方法实现数据包的发送的内核模块的相关资料整理
2023-02-27 13:57:39 146KB linux 内核 hook
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文字冒险游戏 用Java实现的文本冒险游戏,具有自行设计的Graph,Node,Linked List,Binary Tree,Dictionary和Queue类。 在莉莲抓住你之前,尝试逃脱Merion Hall!
2022-12-08 03:35:14 11KB Java
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nfq-go nfq-go是一个Go库,其中包装了 。 目的是: 包含最少的C代码 是线程安全的(包括关闭队列处理程序) 用法 进口 import nfq "github.com/hownetworks/nfq-go" 创建一个新的队列句柄 要创建新的队列句柄,请使用队列号(在下面的示例中为0 )和用于接收数据包的回调调用New : queue , err := nfq . New ( 0 , func ( pkt nfq. Packet ) { ... }) 作出裁决 您应该给每个数据包一个判决。 通过调用下面概述的方法之一来执行此操作。 请注意,对单个数据包多次做出判决会产生错误。 让数据包通过NF_ACCEPT判决通过过滤器: err := pkt . Accept () 使用NF_DROP丢弃数据包: err := pkt . Drop () 使用NF_
2022-11-24 18:55:18 6KB golang nfqueue netfilter-queue Go
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Driver Version: 6.3.9600.16384 Release Date: 2006-06-21 File Size: 3.07K Supported OS: Windows 10 64 bit, Windows 8.1 64bit
2022-11-01 14:00:50 3KB 驱动程序
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1.将sqlite3.exe放到.svn的同级目录 2.启动cmd执行sqlite3 .svn/wc.db 3. "select * from work_queue"; 4. delete from work_queue; 5.svn目录下右键:TortoiseSVN->Clean up
2022-09-28 16:39:09 1.42MB sqlite3
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C语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUEUE.HC语言头文件 QUE
2022-06-13 11:04:31 559B C语言头文件QUEUE.H
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2022-06-13 11:04:30 1KB C语言头文件QUEUE
数据结构英文课件:Chap3 Stack and Queue.ppt
2022-06-13 09:05:44 1.06MB 数据结构