Handle table中CAS操作与A-B-A Problem解析
在研究handle table的时候顺便研究的东西。Baidu了下，发现国内这方面的资料几乎没得，然后就准备瞎bb下，为下面的一篇介绍handle table的结构做准备。
关于lock-free data structure。以及解决这个问题中使用的CAS（compare and swap）操作。以及使用CAS操作的时候出现的A-B-A Problem。
对于lock-free data structure问题的解决，一般是使用流行的CAS操作。来防止需要读写的区域的数值和预期的数值不一样的情况。
Shared,non-blocking的数据结构，和shared blocking的数据结构相比，采用了比较原始的同步方法。咱讨论最多的一个同步方法，就是CAS（compare and swap）。
关于CAS操作的伪代码如下：
CAS(A,B,C)
BEGIN ATOMIC
if (A==C) {A=B; return TRUE; }
else { return FALSE; }
END ATOMIC
在使用CAS操作的时候，在计算之前，首先记录下一个变量的值。经常是记录一个shared data structure 实现的pointer。然后把这个变量的值存起来。这个时候，当得到了这个变量的新的值，需要update这个共享变量的数值的时候，就需要采用CAS操作来自动update这个共享变量的值。
CAS操作首先检查shared var的值和已经保存起来的值是不是一样的，如果是一样的，就执行update操作。如果不是一样的，就报错。
如果操作失败了的话，就使用这个shared var的新的值来重新做一次计算操作。这个原理，和数据库管理系统里面的并发控制是非常类似的。然后，就把这个shared var所在的link list里面相关的节点，指向一个新的node。这个过程就叫做swap。
就如上面的伪代码里面给出的实现，下面给一个代码实现：
bool cas(volatile word* memory, word newValue, word expectedValue)
{
atomically
{
if(*memory == expectedValue)
{
*memory = newValue;
return true;
}
return false;
}
}
这里介绍了对共享变量的最常用的CAS操作，那么使用这个操作的时候，会出现一个比较经典的问题，叫做A-B-A Problem。
ABA Problem就是譬如一个共享变量A，需要update到一个新的值C，而记录这个变量的值是B，此时A=B；在记录和update的这段时间中，这个共享变量被其余的job或者是thread操作修改了很多次，但是在update之前，还是回到了最开始的值。这就叫做ABA Problem。在构造一个特定的程序的时候，就会出现问题。
下面是在一个调用stack里面的ABA Problem：
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class members |
foo (thread stack) |
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foo: pop till 1. |
head_ = a |
current = a |
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head_->next_ = b |
current->next_ = b |
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bar: pop node a |
head_ = b |
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head_.next_ = c |
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bar: pop node b |
head_ = c |
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head_.next_ = d |
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bar: push node a |
head_ = a |
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head_.next_ = c |
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foo: pop 2. cas |
head_ = a |
current = a |
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head_.next_ = c |
current->next_ = b |
其中，foo为一个操作head节点的作业，bar为一个中间操作shared var(head_)的作业。
对与CAS产生的这个ABA的问题，通常的解决方案是采用CAS的一个变种DCAS。
DCAS，是对于每一个shared var增加了一个引用的表示修改次数的标记符。对于每个shared var，如果引用修改了一次，这个计数器就增加一个。然后在这个变量需要update的时候，就同时检查变量的值和计数器的值。
DCAS的伪代码如下：
DCAS(A1,A2,B1,B2,C1,C2)
BEGIN ATOMIC
if ((A1==B1) && (A2==B2)) { A1=C1; A2=C2; return TRUE; }
else { return FALSE; }
END ATOMIC
另外，还有NON-BLOCKING LINK LIST及其改进算法，不扯远了。如果想继续研究，请找University of Manitoba, Canada的一篇叫做“MANAGING LONG LINKED LISTS USING LOCK FREE TECHNIQUES”的论文。
在handle table中，就定义了一个link list：
EX_PUSH_LOCK HandleTableLock[HANDLE_TABLE_LOCKS]
来防止在handle allocation的时候出现的ABA Problem。再看看这个结构体的定义，里面用了一个ActiveCount来标识引用了多少次：
+
+
+
+20 struct _LIST_ENTRY *Blink
+24 struct _OWNER_ENTRY *OwnerTable
+28 int16 ActiveCount
+
+
+30 struct _KEVENT *ExclusiveWaiters
+34 struct _OWNER_ENTRY OwnerThreads[2]
uint32 OwnerThread
int32 OwnerCount
uint32 TableSize
8/18/2008 2:33:01 PM lbq1221119@cnblogs 首发sscli.cnblogs.com
posted on 2008-08-18 14:36 lbq1221119 阅读(4776) 评论(8) 编辑 收藏 举报
