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32 ビット アトミックのみを使用して 64 ビット アトミック カウンターを効率的に実裝するにはどうすればよいですか?

Dec 17, 2024 am 08:38 AM

How to Efficiently Implement a 64-Bit Atomic Counter Using Only 32-Bit Atomics?

32 ビット アトミックを使用した 64 ビット アトミック カウンタの実裝

組み込みシステムでは、32 ビット アトミックのみを使用して 64 ビット アトミック カウンタを作成します-bit アトミックは多くの場(chǎng)合必要になります。一般的なアプローチは、読み取りロックとして機(jī)能する最下位ビットを持つ世代カウントを利用することです。ただし、他に考えられる方法があるのか??、提案された実裝が最適なのかという疑問(wèn)が生じます。

代替アプローチ

推奨される実裝は実行可能なアプローチですが、考慮すべき代替方法:

  • SeqLock パターン: この手法奇數(shù)と偶數(shù)の値を交互に使用して単調(diào)に増加する世代數(shù)を使用します。リーダーは、世代數(shù)が安定し、読み取りロック ビット (最下位ビット) が設(shè)定解除されるまでスピンします。この方法では、リーダーが複數(shù)あるがライターが 1 つだけのシナリオでパフォーマンスが向上します。
  • 直接 64 ビット アトミック操作: あまり一般的ではありませんが、一部のシステムは 64 ビット アトミック操作をネイティブにサポートしている場(chǎng)合があります。このような場(chǎng)合、64 ビット カウンターの両方の半分にアトミック操作を直接使用すると、ロックやシーケンス カウンターが不要になります。

設(shè)計(jì)上の考慮事項(xiàng)

提供された実裝に関しては、いくつかの領(lǐng)域が可能です。最適化:

  • 世代數(shù)のアトミック読み取り変更書(shū)き込み (RMW): 世代數(shù)にアトミック RMW 操作を使用する代わりに、純粋なロードとストアを使用することができます。リリース順序。この変更により、RMW 操作に関連するオーバーヘッドが削減されます。
  • ペイロードのアトミック インクリメント: ペイロードのインクリメントにアトミック RMW を利用する必要はありません。純粋なロード、インクリメント、ストアだけで十分です。この変更により、カウンタを維持するオーバーヘッドがさらに削減されます。

追加の考慮事項(xiàng)

  • ARM ロード ペア命令: 一部ARM アーキテクチャは、両方を同時(shí)にロードできる効率的なロードペア命令 (ldrd または ldp など) をサポートしています。 64 ビット値の半分の 32 ビット。これらの命令を利用すると、パフォーマンスを向上させることができます。
  • コンパイラーの最適化: コンパイラーは、uint64_t のような大規(guī)模な構(gòu)造に対するアトミック操作に最適なコードを常に生成するとは限りません。このような構(gòu)造へのアトミック アクセスを回避し、代わりに volatile キーワードとメモリ バリアを使用すると、より効率的なコードが得られます。

結(jié)論

32 ビット アトミックを使用して 64 ビット アトミック カウンタを構(gòu)築するための推奨手法は、特に単一のライターと複數(shù)のリーダーを使用するシナリオに適しています。ただし、特定の狀況では、SeqLock パターンや直接 64 ビット アトミック操作などの他のオプションの方が適している場(chǎng)合があります。概要を示した設(shè)計(jì)上の考慮事項(xiàng)に対処し、追加の最適化を検討することで、プログラマーは実裝の効率をさらに向上させることができます。

以上が32 ビット アトミックのみを使用して 64 ビット アトミック カウンターを効率的に実裝するにはどうすればよいですか?の詳細(xì)內(nèi)容です。詳細(xì)については、PHP 中國(guó)語(yǔ) Web サイトの他の関連記事を參照してください。

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