B-Queue
- 分布式系统
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B-Queue 是一种面向多核架构中核间通信的高效、实用的 单生产者-单消费者（SPSC）无锁队列，其设计旨在解决现有并发无锁队列（CLF queue）在真实应用中存在的性能退化与死锁难题。
背景动机
多核系统中，线程间通常通过共享内存进行通信，CLF 队列被广泛用于核心间通信。然而现有的方案（如 FastForward 和 MCRingBuffer）存在如下问题：
- 性能仅在理想条件（如 L1 缓存驻留）下突出，在真实系统中易受缓存抖动影响。
- 扩展性差，多队列并发使用时性能显著下降。
- 难以使用，需要复杂的参数调优或辅助机制来防止死锁。
B-Queue 的关键设计
1. 批处理（Batching）
- 生产者和消费者各维护一对指针（
head/batch_head和tail/batch_tail），一次性探测一块可用槽位。 - 减少缓存交互，提升性能，增强预取效率。
2. 回溯机制（Backtracking）
- 当消费者发现当前批次为空时，自适应缩小批次大小，逐步逼近最近的有效数据槽位。
- 避免死锁的关键机制：不再依赖额外线程或定时器来“唤醒”对方。
- 复杂度低、无垃圾数据注入，真正适用于实际系统。
3. 自适应回溯（Self-adaptive Backtracking）
- 根据运行时状况调整初始批次大小，兼顾低延迟与高吞吐。
- 若生产者忙，批次增大；若生产者不活跃，批次自动减小。
优势总结
- 无需参数调优，跨平台适用性好。
- 比 FastForward 和 MCRingBuffer 分别快最多 10x 和 5x（在真实 10Gbps 网络处理系统中测试）。
- 稳定性强：即使在七个并发队列同时运行下性能也几乎无下降。
- 延迟低、无死锁、易集成。
实际应用场景
- 高速网络数据处理系统。
- 多核并行系统中的流水线化任务分解与通信。
- 高频核心间数据传递（如实时视频处理、数据库操作等）。
那岂不是180核要32400个队列?
不用: B-Queue 是单生产者-单消费者（SPSC）
- 每个 B-Queue 实例只连接两个线程（或核）：一个生产者，一个消费者。
- 你只需要为“有通信需求”的核对之间建立队列。
| 通信模式 | 队列数量估计 | 举例说明 |
|---|---|---|
| 全连接通信（每个核都可能给任意其他核发消息） | O(n²) ≈ 32,400 个（180×179） | 这确实是最坏情况，基本不可行 |
| 流水线通信（典型场景） | O(n) | 每个核仅与上下游通信，比如核 i 向 i+1 发送 |
| N:1 或 1:N 扇出/扇入 | O(n) | 比如多个核向一个汇聚核发数据（1 aggregator + N workers） |
| 分组通信（如 6 个核一组，共 30 组） | O(n × g) | 每组内部全连接最多 6² = 36 个队列，30 组则最多 1080 个 |
| 稀疏通信（most practical） | 远小于 n² | 多数核只和少数核通信，比如生产者写入共享 buffer，由 dispatcher 分发 |
✔ 典型策略一：拓扑感知的调度
- 只为实际有数据依赖的核之间分配队列。
- 很多核之间不直接通信，而是通过中间节点（调度核、中继核、共享缓冲）转发。
✔ 典型策略二：使用池化结构
- 一些系统采用 工作窃取（work-stealing）+ 局部队列：
- 每个核维护自己的本地队列。
- 少量全局共享队列（MPMC）作为 backup。
- 不再是每对核都有专队列。
✔ 典型策略三：分层调度 + B-Queue 混合使用
- 核按 NUMA 节点/Socket/Cache 层分组。
- 组内高效通信用 B-Queue；组间低频通信用其他机制（如环形缓冲/事件驱动/队列池）。