各位来宾，各位技术同仁，下午好！ 今天，我们齐聚一堂，探讨一个在高性能计算领域，尤其是在数据库系统核心组件——索引设计中，极具挑战性且充满创新潜力的话题：如何利用“Userspace RCU”（用户态读-复制-更新）策略，优化B-Tree等并发数据结构的更新性能。 在当今数据驱动的世界里，数据库索引的性能瓶颈往往直接决定了整个系统的吞吐量和响应速度。B-Tree作为数据库中最常见的索引结构之一，其高效的查找特性广受认可。然而，当面临高并发的更新操作时，传统的加锁机制常常成为性能的桎梏。今天，我将带大家深入了解Userspace RCU（以下简称URCU）的原理，并详细阐述如何将其巧妙地应用于B-Tree的并发更新策略，以期在提供高度并发读能力的同时，有效管理写操作的复杂性。 一、B-Tree索引：并发挑战的根源 B-Tree是一种自平衡的树形数据结构，它能够保持数据有序，并允许在对数时间内完成查找、插入和删除操作。在数据库系统中，B-Tree通常用于磁盘存储，其设计目标是最小化磁盘I/O次数，因此节点通常较大，可以容纳多个键值对和子节点指针。 1.1 B-Tree的基本结构与操作 一个 …
解析 ‘RCU’ (Read-Copy-Update) 机制在 C++ 中的实现：如何实现百万次/秒的无锁并发读？
各位编程领域的同仁，大家下午好！ 今天，我们将深入探讨一个在高性能并发系统中至关重要的机制——RCU (Read-Copy-Update)。特别是在C++环境中，如何巧妙地利用现代C++的内存模型和原子操作，实现每秒百万次甚至千万次的无锁并发读。这不仅仅是一个理论话题，更是一个在操作系统内核、高性能网络服务、实时数据库等领域广泛应用的工程实践。 我们将以讲座的形式，逐步剖析RCU的原理、C++实现细节，并通过丰富的代码示例，揭示其背后的精妙设计。 讲座开场白：并发读写挑战与RCU的诞生 在当今的高并发、大数据时代，我们面临着一个普遍而严峻的挑战：如何高效地管理那些频繁被读取，但偶尔需要更新的数据？例如，一个路由表，每秒可能有数百万次的查询请求，但路由规则可能只在几秒或几十秒才更新一次；一个配置中心，服务实例持续读取配置，但管理员只在需要时修改。 传统的并发控制机制，如互斥锁（std::mutex）或读写锁（std::shared_mutex），在处理这类场景时会遇到瓶颈： 互斥锁：简单粗暴，任何读写操作都会阻塞其他读写操作。即使是纯粹的读操作，也会因为获取和释放锁的开销而降低性能，在高 …
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非阻塞算法设计：利用Hazard Pointer/RCU解决并发中的内存回收问题
非阻塞算法设计：利用Hazard Pointer/RCU解决并发中的内存回收问题 大家好，今天我们来探讨一个并发编程中非常重要且棘手的问题：内存回收。在多线程环境下，如果一个线程正在访问某个数据结构，而另一个线程释放了该数据结构所占用的内存，就会导致悬挂指针（dangling pointer）问题，进而引发程序崩溃或其他不可预测的行为。 传统的锁机制虽然可以避免数据竞争，但往往会引入性能瓶颈。非阻塞算法旨在提供更高的并发性，但同时也对内存管理提出了更高的要求。今天我们将重点介绍两种常用的非阻塞内存回收技术：Hazard Pointer 和 RCU (Read-Copy-Update)。 1. 问题的根源：并发环境下的内存回收 想象一下，一个链表被多个线程并发访问。一个线程 A 正在遍历链表，并持有一个指向某个节点的指针。与此同时，另一个线程 B 删除了该节点，并释放了其占用的内存。此时，线程 A 持有的指针就变成了悬挂指针。当线程 A 尝试访问该指针时，程序可能会崩溃。 更一般地说，这个问题可以描述为： 并发读写: 多个线程同时读写共享数据结构。 数据竞争: 读写操作之间没有适当的同步 …
C++ `RCU` (Read-Copy Update) 算法：高并发无锁读写场景的实现与应用
哈喽，各位好！今天咱们聊聊一个听起来有点高大上，但实际上原理挺简单的并发编程技巧——RCU，也就是Read-Copy Update。别害怕，虽然名字里有“Update”，但它其实是个读多写少的场景神器，能让你在高并发环境下实现无锁的读取操作，听起来是不是就很激动人心？ 一、RCU：名字很唬人，原理很简单 RCU，顾名思义，就是“读-复制-更新”。它的核心思想是： 读（Read）： 读取数据时，不需要加锁，直接读。 复制（Copy）： 修改数据时，先复制一份数据的副本。 更新（Update）： 修改副本，然后用修改后的副本替换旧数据。 是不是感觉有点像影子替身术？旧数据还在，新数据已经准备好了，然后瞬间切换，给人的感觉就是数据被更新了，但实际上旧数据还在某个地方待命。 二、为什么RCU能做到无锁读取？ 关键就在于“旧数据待命”。RCU依赖于一个很重要的概念——宽限期（Grace Period）。 宽限期： 指的是所有已经开始的读取操作都已经完成的时期。 也就是说，在宽限期内，可以确定之前启动的所有读取操作都已经结束，没有线程还在读取旧数据了。这个时候，我们就可以安全地释放旧数据占用的内存 …