一、wait-free是指什么
wait-free是指指一個線程能夠在有限步內(nèi)make progress。對于一個算法,Obstruction-freedom(無障礙)/Lock-freedom(無鎖)/Wait-freedom(無等待),從弱到強描述了在并發(fā)環(huán)境下線程的演進(jìn)保證(guarantee of progress)這個屬性。換句話說,它描述了線程隨著指令序列的執(zhí)行取得進(jìn)展(make progress)的能力。
而lock-free的意思就是:只要有task在往前走(make progress),那總有task能往前走;wait-free的意思是,只要某個task活著,不管別人在干什么,它都一定能往前走。
為什么有l(wèi)ock就不是lock-free了,因為只要拿到lock的那個task掛掉不動了,這個系統(tǒng)就完蛋了,每個task都不能再往前走了。
Lock-free和wait-free的區(qū)別在哪,在于starvation。大部分的lock-free的算法都是基于某些競爭性的原語的(primitives)。Starvation一般都是在有多個task競爭(race)的時候,也許有一個運氣好的task總是在贏,那么別的task就很可憐地什么都做不了了。這不是因為沒輪到他們,而只是因為他們運氣壞。實際上整個系統(tǒng)還是在運行的,就是那個運氣好的task自己一直在跑,所以這不是死鎖(dead-lock)。有人把這個東西定義為live-lock,這也沒法翻譯了(總不能真翻成活鎖吧)。
很少有天然的wait-free的算法(最天然的那個,single-reader-single-writer queue大家都知道了)。新的wait-free的算法,大都是靠勝者的施舍,也就是說有task一直贏的話,就分給輸家一點,讓輸家能往前動一下。
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二、從底層去看lock-free
lock-free是一個非常底層的東西,lock-free編程需要atomic指令這個指令是cpu提供的,cpu原生的指令有非常多都是atomic的,這些指令集分為2大類,分別是store-and-load 和read-modify-write
store-and-load
這些指令用于讀,寫數(shù)據(jù)到內(nèi)存中,許多的cpu架構(gòu)都保證這些操作是原子的,比如mov
read-modify-write
有一些操作需要多個指令比如要對內(nèi)存中的一個數(shù)據(jù)進(jìn)行+1,這至少需要三個原子操作指令,雖然說這3個原子操作是原子的,但是加一起就不是原子的了read-modify-write就是file the gap,在一個原子操作下去執(zhí)行多個操作,比如test-and-set :將1寫入到內(nèi)存的地址中,然后返回舊的值,fetch-and-add:在內(nèi)存中的值加上一個數(shù)字,然后返回老的值。