Kilit kullanırsam algoritmam hala kilitsiz olabilir mi?

Lock-free'in ortak bir tanımı, en az bir sürecin ilerleme kaydetmesidir. ¹

Bir kilitle korunan kuyruk gibi basit bir veri yapım varsa, bir işlem her zaman ilerleme kaydedebilir, çünkü bir işlem kilidi alabilir, istediklerini yapabilir ve serbest bırakabilir.

Peki kilitsiz tanımını karşılıyor mu?

¹ Bkz. Örneğin M. Herlihy, V. Luchangco ve M. Moir. Engelsiz senkronizasyon: Örnek olarak çift uçlu kuyruklar. Distributed Computing, 2003. "Yalnızca bir iş parçacığının her zaman ilerleme kaydetmesini sağlıyorsa kilitsizdir".

Bu kilitsiz için bir tanım değil.

İlerlemeyi garanti edebiliyorsanız, kilitlenmeden arındırılmış olursunuz ve her bir talebin sonunda tamamlanması durumunda, açlıktan kurtulursunuz , ancak kilitsiz değilsiniz.

Basit örneğinizin bunu gerçekten sağlayıp sağlamadığını soruyorum. Birden fazla kilit söz konusu olduğunda aslında ilerleme garantisi sağlamak için kilit hiyerarşilerine vb.

Çok İşlemcili Programlama Sanatı ^1'i okudum ve metinleri de tıpkı bahsettiğiniz kitap gibi net değil. İşte TAMPP'den bazı alıntılar:

Alıntı 1 (kilitsiz tanımı)

Bir yöntem sonsuz sayıda adımın sonsuz sayıda adımda bitmesini garanti ederse kilitlemesizdir.

Alıntı 2 (engellemenin tanımı)

beklemede olan başka bir çağrının tamamlanmasını beklemek için hiçbir zaman toplam bir yöntemin beklemede tutulması gerekmez.

3. Alıntı (kilitlenmenin engelleme olmadığını iddia edin)

Beklemesiz ve kilitsiz tıkanmasız ilerleme koşulları, bir bütün olarak hesaplamanın, sistemin iş parçacıklarını nasıl zamanladığından bağımsız olarak ilerleme kaydetmesini garanti eder.

Sorun, Alıntı 3'teki iddianın Alıntı 1'deki tanımdan açıkça takip etmemesidir. Daha önce de belirtildiği gibi, senkronize edilmiş bir kuyruk Alıntı 1'i tatmin ediyor gibi görünüyor: Sonsuz sıklıkla bazı yöntemlerin kilidi başarıyla kazanması ve tamamlanması.

Alıntı 3'teki oldukça belirsiz ifadeye özellikle dikkat edin: "sistemin konuları nasıl planladığından bağımsız olarak". Bunun öncesinde "iş parçacığı çizelgeleme sistemi" nin herhangi bir resmi açıklaması yoktur, bu nedenle tanımların ne anlama geldiği konusundaki önyargılarımıza dayanarak özelliklerini yeniden yapılandırmaya bırakıldık :

1. sistem her zaman bir iş parçacığının talimatlarını yürütür ;
2. hiçbir zaman belirli bir iş parçacığının talimatlarını yürütemez ;
3. tüm iş parçacıkları dikkate alınan yöntemi çağırıyor.

Böyle bir sistemde, bir engelleme yöntemi kilitlenemez: kilidi tutan iş parçacığı bir kez daha yürütmek üzere zamanlanmazsa, yöntem çağrısını sonlu adımlarla tamamlayabilecek başka bir iş parçacığı olmayacaktır, ancak yöntemin adımlarını yürüten bazı iş parçacıkları. Sonunda her iş parçacığına CPU zamanı vermeyi garanti eden daha gerçekçi bir sistem için, tanım açıkça engelleme yapma özelliğini içermelidir:

Kilitlenmemiş tanımı düzeltildi

Bir yöntem, engelleme yapmıyorsa kilitsizdir ve ek olarak, bazı yöntem çağrılarının sınırsız sayıda sonlu adımda tamamlandığını garanti eder.

¹ Maurice Herlihy, Nir Shavit, Çok İşlemcili Programlama Sanatı, Elsevier 2008, s.58-60

Terminoloji her zaman tutarlı değildir, ancak önemli olan önerilen bir algoritma veya sistem hakkında aşağıdaki soruları sormaktır:

1. Tüm iş parçacıklarının kullanabileceği tüm CPU sürelerine izin verilse bile, iş parçacıklarının birbirini beklemesine neden olabilecek herhangi bir olay dizisi var mı?
2. Bir iş parçacığı keyfi olarak uzun bir süre engellenmişse, diğer iş parçacıklarını durdurabilir veya keyfi olarak uzun bir süre sistem çalışmasını bozabilir [öyleyse, engellemez].
3. Kimse ilerleme kaydetmeden, birbirlerinin çalışmalarını geçersiz kılarken, tüm iş parçacıklarının aynı işlemleri tekrar tekrar denemesine neden olabilen en azından teorik olarak mümkün olan bazı iplik zamanlaması kombinasyonu var mı?
4. Bazı iş parçacıklarına bir diğerine göre yeterli CPU zamanı verilirse, ikinci iş parçacığının işlemlerini süresiz olarak yeniden denemeye devam etmeleri için zorlayabilirler.

Kilitsiz algoritmaların öneminin büyük bir kısmı, kilitsiz algoritmalardan daha hızlı olmaları değil, daha çok bir iş parçacığı yön değiştirirse ölmeye eğilimli olmamalarıdır [böyle bir garantinin yalnızca gerektirdiğini unutmayın algoritmaların bloke olmayışı, ancak tüm kilitsiz algoritmalar]. Kilidi olmayan bir algoritmanın kilitleri kullanması mümkündür, ancak yalnızca kilit alma girişimleri, birisinin ilerleme kaydetmesini her zaman mümkün kılacak algoritmalar ile birlikte zaman aşımları içeriyorsa (örneğin, bir algoritma bir CompareExchangedöngüyü birincil olarak kullanabilir) tahkim yöntemi, ancak çekişme yüksek göründüğünde erişimi tahkim etmek için kilitleri kullanın; bir kilit aşırı uzun süre basılı tutulursa, diğer iş parçacıkları bu kilidi kullanma çabalarından vazgeçmeye ve bunun yerine yeni bir tane oluşturmaya karar verebilir.CompareExchange, müşterilerin kilidi terk etmeleri sistem tutarlılığını tehlikeye atmaz, ancak eski kilidi tutan kodun eski kilidi terk edip yenisi ile aynı hizaya gelene kadar herhangi bir iş yapılmayacağı anlamına gelebilir.

Bağlamda sunduğunuz "tanım" a bakmak zorundasınız :

Paylaşılan veri yapılarını uygulamanın geleneksel yolu, eşzamanlı işlemlerin birbirini engellememesini sağlamak için karşılıklı dışlama (kilitler) kullanmaktır. Kilitlemenin yazılım mühendisliği, hata toleransı ve ölçeklenebilirliği açısından bir takım dezavantajları vardır (bakınız [8]). Buna yanıt olarak, araştırmacılar karşılıklı dışlama kullanmayan çeşitli alternatif senkronizasyon tekniklerini araştırmışlardır . Her iş parçacığının diğer iş parçacıklarının keyfi gecikmesi (hatta arızası) karşısında ilerleme kaydetmeye devam etmesini sağlarsa bir senkronizasyon tekniği beklemez. Sadece bazı ipliklerin her zaman ilerleme kaydetmesini sağlarsa kilitsizdir.

Karşılıklı dışlama için kilitleri kullanıyorsunuz, bu yüzden bahsettikleri kilitsiz bir teknik değil.

Kilit kullanırsam algoritmam hala kilitsiz olabilir mi?

Olabilir, ancak algoritmaya bağlıdır.

Bir kilitle korunan kuyruk gibi basit bir veri yapım varsa, bir işlem her zaman ilerleme kaydedebilir, çünkü bir işlem kilidi alabilir, istediklerini yapabilir ve serbest bırakabilir.

Peki kilitsiz tanımını karşılıyor mu?

Kendi başına not .

Eğer "o ne isterse" adım başka kilit alınıyor içermez ve sonlu bir sürede tamamlanması için garanti edilir, sonra algoritmanın bu özel bölümü serbest kilitlenmeye edilecektir.

Bununla birlikte, bu önkoşullar karşılanmazsa, en azından kilitlenme potansiyeli vardır ...

Aşağıdaki örnekte verdiğiniz örnek kilitsiz değildir.

Destek bir iş parçacığı kilidi alır ve işletim sistemi zamanlayıcı iş parçacığı sonsuz bir yalnız süre askıya aldı, o zaman tüm iş parçacığı ilerleme kaydedemez çünkü askıya alınmış iş parçacığı tarafından alınan kilidi elde edemez.

Genel olarak, kilitleri kullanan algoritmalar kilitsiz değildir.

Kilitlenme ve kilitsizliğin iki farklı kavram olduğunu unutmayın. kilitlenme olmadan kilitlenme olasılığı yoktur, ancak tüm sistemin ilerlemesini engelleyebilecek canlı kilit olabilir. Kilit özgürlüğü bundan daha güçlüdür, çünkü sistemdeki bazı ipliklerin her zaman sonlu adımlarla ilerleme kaydettiği anlamına gelir.