来源：原创

如需转载，请注明来自 MemArk 技术社区（​​MemArk 技术社区 - 助力先进存储架构演进​​）

关于作者

杨俊，博士毕业于香港科技大学计算机系，在数据库和存储系统上有超过十年的丰富研究和实践经验；现就职于第四范式任系统架构师，同时也是分级存储技术社区 MemArk (​​https://memark.io/​​​) 的核心成员 。近期，由于其在持久内存编程核心社区 Persistent Memory Programming （​​https://pmem.io/​​）的卓越贡献，成为被该社区吸纳的中国第一位社区核心贡献者（reviewer）。本文将会介绍作者最近一次的代码贡献，对该社区的后续技术发展有深远影响。

一、背景

持久内存(PMem) 虽然可以保证写入PMem的数据掉电重启后不会丢失，但写入PMem的数据往往需要先写到CPU Cache里，再通过一系列CPU 指令把数据刷到PMem中。由于PMem和CPU的硬件限制，向PMem中写入大于8字节的数据并持久化无法保证写操作的原子性（即如果在持久化写入数据过程中掉电，无法保证数据完整写完），所以在PMem中保证持久化​​数据结构​​的数据一致性是非常有挑战性的。如果该持久化数据结构还需要支持正确的多线程写操作，保证数据一致性将变得更加复杂。本文主要描述此背景下的持久化数据的一致性、可见性问题。

本文适合对于持久化编程有一定基础了解的开发者阅读，本文主要包含内容：

  1. 介绍PMem无锁编程中的数据可见性、一致性问题及解决方法。
  2. 介绍本文作者最近刚合入 libpmemobj-cpp 的一个PR，专门为方便实现Single-Writer-Multiple-Reader（SWMR)多线程持久化数据结构的一种自带原子性的持久化指针（Atomic Persistent Pointer）。​​可在此具体参考该 PR 的讨论开发过程。​​

二、PMem的无锁编程

数据可见性是PMem无锁编程的非常重要的难点之一。例如某一线程使用STORE指令修改了一个内存数据，新数据可能在未持久化到PMem时（仍在CPU Cache中）就被另一线程读取。假设有如下两个线程分别使用带来原子性的atomic_write和atomic_read来写入和读取数据：

// 线程1
// pmem->a初始化为0
atomic_store(&pmem->a, 1);                      // 可见性：是, 持久化：未知
pmem_persist(&pmem->a, sizeof(pmem->a));        // 可见性：是, 持久化：是
 
// 线程2
// pmem->b初始化为0
if (atomic_load(&pmem->a) == 1) {
    pmem->b = 1;                                // 可见性：是, 持久化：未知
    pmem_persist(&pmem->b, sizeof(pmem->b));    // 可见性：是, 持久化：是
}

更多文章请关注《万象专栏》