Стек Трайбера — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(Псевдокод)
Строка 32: Строка 32:
  
 
== Псевдокод ==
 
== Псевдокод ==
  fun '''pop'''(): Int {
+
  '''fun''' pop(): '''Int'''
     while (true) { <font color=green>//Cas loop</font>
+
     '''while''' ('''true''') <font color=green>//Cas loop</font>
 
       head = H
 
       head = H
       if (CAS (&H, head, head.next))  
+
       '''if''' (CAS (&H, head, head.next))  
         return head.value
+
         '''return''' head.value
    }
+
}
+
 
  fun '''push'''(x: Int) {
+
  '''fun''' push(x: '''Int''')
     while (true) { <font color=green>//Cas loop</font>
+
     '''while''' ('''true''') <font color=green>//Cas loop</font>
 
       head = H
 
       head = H
       if (head == null)
+
       '''if''' (head == null)
         throw new EmptyStackException();
+
         '''throw''' new EmptyStackException();
 
       newHead = Node {value: x, next: head}
 
       newHead = Node {value: x, next: head}
       if (CAS (&H, head, newHead))  
+
       '''if''' (CAS (&H, head, newHead))  
         return
+
         '''return'''
    }
+
 
}
 
 
==Примечания==
 
==Примечания==
  

Версия 10:33, 1 октября 2018

Эта статья находится в разработке!

Стек Трайбера (Treiber Stack) — масштабируеммый lock-free стек. Считается, что впервые данный алгоритм был опубликовал R. Kent Treiber[1]. Алгоритм использует примитив [math]CAS[/math] (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. Чтобы не получилась каша, хотелось бы как-то контролировать процесс взаимодействия потоков. Для этого введем следующие условия:

  1. Добавлять новый элемент только если уверены, что добавляемый элемент — единственный с момента начала операции.
  2. 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 [math]CAS[/math].

Определение:
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 [math]CAS[/math].

fun cas(p, old, new): bool {
    if *p ≠ old {
        return false
    }
    *p ← new
    return true
}

[math]CAS[/math] используется для реализации таких примитивов синхронизации, как mutex и semaphore. Это своеобразный базовый "кирпичик" для Lock-freedom алгоритмов, ведь если [math]CAS[/math] привел к неудачи, то кто-то другой изменил старое значение. Таким образом, прогресс в системе есть. [math]CAS[/math] 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 [math]H[/math], который будем изменять при помощи операции [math]CAS[/math]. Если [math]H==null[/math], то стек — пуст.

Удаление элементов

Запомним, на что указывает голова стека (запишем в локальную переменную [math]head[/math]). Значение, которое хранит в себе [math]head[/math], — то, что необходимо будет вернуть. Попробуем переместить голову стеком [math]CAS[/math]ом. Если удалось — вернем [math]head.value[/math]. 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 [math]head[/math]). Создадим новый элемент, который хотим добавить в начало стека. Указатель на следующее значение для него — [math]head[/math]. Попробуем переместить [math]H[/math] на новый элемент, при помощи [math]CAS[/math]. 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) //Cas loop
      head = H
      if (CAS (&H, head, head.next)) 
        return head.value

fun push(x: Int)
    while (true) //Cas loop
      head = H
      if (head == null)
        throw new EmptyStackException();
      newHead = Node {value: x, next: head}
      if (CAS (&H, head, newHead)) 
        return

Примечания

Источники информации