基于硬件CAS原语的高效多字无锁同步算法

吴昊; 季振洲; 朱素霞

doi:10.3969/j.issn.0372-2112.2013.11.003

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基于硬件CAS原语的高效多字无锁同步算法

学术论文 | 更新时间：2025-07-16

- 基于硬件CAS原语的高效多字无锁同步算法
- Efficient Multi-Word Lock-Free Synchronization Algorithm Based on Hardware CAS Primitive
- 电子学报 2013年41卷第11期页码：2127-2134
- 作者机构：
  
  哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院,黑龙江,哈尔滨,150001
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金 (No.61173024）
- DOI：10.3969/j.issn.0372-2112.2013.11.003
  中图分类号： TP314
- 纸质出版：2013
- 稿件说明：
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吴昊, 季振洲, 朱素霞. 基于硬件CAS原语的高效多字无锁同步算法[J]. 电子学报, 2013,41(11):2127-2134.

WU Hao, JI Zhen-zhou, ZHU Su-xia. Efficient Multi-Word Lock-Free Synchronization Algorithm Based on Hardware CAS Primitive[J]. Acta Electronica Sinica, 2013, 41(11): 2127-2134.
吴昊, 季振洲, 朱素霞. 基于硬件CAS原语的高效多字无锁同步算法[J]. 电子学报, 2013,41(11):2127-2134. DOI： 10.3969/j.issn.0372-2112.2013.11.003.

WU Hao, JI Zhen-zhou, ZHU Su-xia. Efficient Multi-Word Lock-Free Synchronization Algorithm Based on Hardware CAS Primitive[J]. Acta Electronica Sinica, 2013, 41(11): 2127-2134. DOI： 10.3969/j.issn.0372-2112.2013.11.003.

摘要

共享内存体系结构下，为解决锁同步导致的并发性能瓶颈，本文提出了一种基于硬件CAS（比较交换）原语的无锁同步算法.该算法利用底层处理器提供的比较交换指令，实现了在多核多线程环境下对共享变量的非阻塞同步操作，通过采用全局标记值的方式，避免了传统设计中由于使用内存字标记导致的性能开销，同时确保数据在并发访问中的一致性.实验结果表明，本文算法可以高效地支持任意多字的CAS同步，提高了对共享数据的并发访问性能，具有较好的可扩展性.

Abstract

Lock-based synchronization may become a performance bottleneck which limits the concurrency in shared－memory machines.In order to solve this problem

a lock-free synchronization algorithm based on hardware CAS(Compare And Swap)primitive is proposed in this paper.In the proposed method

compare and swap instruction provided by underlying processor is used to implement non-blocking synchronization for shared variables in multi-core or multi-thread environment.Global mark value is introduced to avoid performance overhead caused by bits reservation of memory word in the traditional design

and guarantee the consistency.Theoretical analysis and experimental results show that the proposed method can efficiently support arbitary multi-word CAS synchronization

improve the concurrent access performance and provide good scalability.

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