我正在尝试实现无锁链表。为此,我需要使用C中的内联汇编实现原子比较和交换指令。我确实知道我需要将cmpxchg8b
指令用于x86
,但是我无法做到这一点。
我的节点结构如下:
typedef struct node
{
int data;
struct node * next;
struct node * backlink;
}node_lf;
该struct node * next
指针也保持在过去的2位附加信息(标志和标志位)
我需要实现的比较和交换是这样的:
node_lf *cs (cs_arg * address, cs_arg *old_val, cs_arg *new_val )
{
node_lf *value = (address->node)->next;
if ((address->node->next) == old_val->node)
{
(address->node)->next = new_val->node;
}
return value;
}
cs_arg结构如下:
typedef struct csArg
{
node_lf * node;
}cs_arg;
我的实现:
static inline node_lf* cs(cs_arg * address, cs_arg *old_val, cs_arg *new_val)
{
node_lf * value;
__asm__ __volatile__("lock cmpxchg8b %0; "
:"=q"(value)
:"a"(address->node->next), "b"(old_val->node), "c"(new_val->node)
:"memory");
return value;
}
这给出了一条错误消息: ../list.c:86: Error: operand type mismatch for 'cmpxchg8b' make: *** [list.o] Error 1
请帮我解决这个问题。
让我们一次迈出这一步。首先,让我们尝试在一个简单的情况下使用__sync_val_compare_and_swap:
#include <stdio.h>
typedef struct node
{
int data;
struct node * next;
struct node * backlink;
}node_lf;
int cs1(node_lf *address, int old_val, int new_val)
{
int *p2 = &address->data;
int p3 = __sync_val_compare_and_swap(p2, old_val, new_val);
return p3;
}
int main()
{
node_lf n;
n.data = 17;
int res = cs1(&n, 1, 2);
printf("Old Value: %d Cur Value: %d\n", res, n.data);
res = cs1(&n, 17, 2);
printf("Old Value: %d Cur Value: %d\n", res, n.data);
}
因此,这里的代码非常简单。我们正在处理node.data。我们首先将其初始化为17。然后尝试执行cas将其更改为2。但是,在第一个调用中,我们为oldval给出了不正确的值(1 vs 17)。结果,__ sync_val_compare_and_swap(正确!)不会执行交换,但会返回当前值。第二个调用确实给出了正确的旧值,但确实执行了交换并返回了旧值。
因此,运行时得到:
Old Value: 17 Cur Value: 17 <- Didn't change the value
Old Value: 17 Cur Value: 2 <- Did change the value
很简单,但并不完全是您想要的。让我们更进一步:
#include <stdio.h>
typedef struct node
{
int data;
struct node * next;
struct node * backlink;
}node_lf;
typedef struct csArg
{
node_lf * node;
}cs_arg;
node_lf *cs2(node_lf *address, const cs_arg *old_val, const cs_arg *new_val)
{
unsigned long long *p2 = (unsigned long long *)&address->next;
unsigned long long p3 = __sync_val_compare_and_swap (p2, (unsigned long long)old_val->node, (unsigned long long)new_val->node);
return (node *)p3;
}
int main()
{
node_lf n;
cs_arg oldval, newval;
n.next = (node *)18;
oldval.node = (node *)1;
newval.node = (node *)2;
node *res2 = cs2(&n, &oldval, &newval);
printf("Old Value: %p Cur Value: %p\n", res2, n.next);
oldval.node = (node *)18;
res2 = cs2(&n, &oldval, &newval);
printf("Old Value: %p Cur Value: %p\n", res2, n.next);
}
在这种情况下,我们尝试通过使用2个cs_args中的节点来更新node.next。这里主要要注意的是,由于__sync_val_compare_and_swap适用于整数类型,因此我们需要将指针转换为适当大小的int。这里的假设是我们使用的是64位编译器,因此指针为8个字节(与unsigned long long相同)。
此处实际上并不需要使用cs_arg结构。使用node *应该可以正常工作。但是您使用了它,因此大概这里有一些长期计划。
运行它,我们看到:
Old Value: 0000000000000012 Cur Value: 0000000000000012 <- Didn't change the value
Old Value: 0000000000000012 Cur Value: 0000000000000002 <- Did change the value
请注意,如果您运行的是x64,则可以将其最多增加16个字节(使用__int128和cmpxchg16b)。但是,有一些技巧需要注意。例如,数据必须是16字节对齐的(node.next不是NOT)。
现在,完成所有这些操作之后,您对“需要将address-> node-> next的旧值作为返回值”的要求似乎很可疑。查看上面的代码,如何判断cas是否失败?如果有效,则返回18,如果失败,则返回18。由于这就是您所说的那样,所以我尝试提供该功能。
但是我认为您确实想知道它是否有效(可能是为了再试一次)。这样的话,也许更像这样:
#include <stdio.h>
typedef struct node
{
int data;
struct node * next;
struct node * backlink;
}node_lf;
bool cs2(node_lf *address, const node *old_val, const node *new_val)
{
unsigned long long *p2 = (unsigned long long *)&address->next;
return __sync_bool_compare_and_swap (p2, (unsigned long long)old_val, (unsigned long long)new_val);
}
int main()
{
node_lf n;
node *oldval, *newval;
n.next = (node *)18;
oldval = (node *)1;
newval = (node *)2;
bool res2;
do {
printf("Trying to change %p from %p to %p: ", n.next, oldval, newval);
res2 = cs2(&n, oldval, newval);
printf("Worked: %d Cur Value: %p\n", res2, n.next);
if (res2)
break;
oldval = n.next;
} while (1);
}
当您退出循环时,oldval将是之前的内容(必须存在或cas会失败),newval将是实际写入的内容。请注意,如果这确实是多线程的,则不能保证newval与n.next相同,因为另一个线程可能已经出现并再次对其进行了更改。
尽管使用汇编程序可以为您节省一条或两条指令,但是在可读性,可维护性,可移植性等方面的优势几乎可以肯定是值得的。
除非这是班级项目,否则老师需要嵌入式asm。在这种情况下,请查看https://stackoverflow.com/a/37825052/2189500。
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