rculfhash: break in-progress resize when target size change (between levels)
[urcu.git] / rculfhash.c
index 6cc606d9e0dcbea64a7af89327c3874c636caa4c..1288c78d585f983764da0c96eefb6df4f5712cc3 100644 (file)
 #define CHAIN_LEN_RESIZE_THRESHOLD     3
 
 /*
- * Define the minimum table size. Protects against hash table resize overload
- * when too many entries are added quickly before the resize can complete.
- * This is especially the case if the table could be shrinked to a size of 1.
- * TODO: we might want to make the add/remove operations help the resize to
- * add or remove dummy nodes when a resize is ongoing to ensure upper-bound on
- * chain length.
+ * Define the minimum table size.
  */
 #define MIN_TABLE_SIZE                 128
 
@@ -221,6 +216,13 @@ struct cds_lfht {
        cds_lfht_compare_fct compare_fct;
        unsigned long hash_seed;
        int flags;
+       /*
+        * We need to put the work threads offline (QSBR) when taking this
+        * mutex, because we use synchronize_rcu within this mutex critical
+        * section, which waits on read-side critical sections, and could
+        * therefore cause grace-period deadlock if we hold off RCU G.P.
+        * completion.
+        */
        pthread_mutex_t resize_mutex;   /* resize mutex: add/del mutex */
        unsigned int in_progress_resize, in_progress_destroy;
        void (*cds_lfht_call_rcu)(struct rcu_head *head,
@@ -228,6 +230,8 @@ struct cds_lfht {
        void (*cds_lfht_synchronize_rcu)(void);
        void (*cds_lfht_rcu_read_lock)(void);
        void (*cds_lfht_rcu_read_unlock)(void);
+       void (*cds_lfht_rcu_thread_offline)(void);
+       void (*cds_lfht_rcu_thread_online)(void);
        unsigned long count;            /* global approximate item count */
        struct ht_items_count *percpu_count;    /* per-cpu item count */
 };
@@ -237,6 +241,12 @@ struct rcu_resize_work {
        struct cds_lfht *ht;
 };
 
+static
+struct cds_lfht_node *_cds_lfht_add(struct cds_lfht *ht,
+                               unsigned long size,
+                               struct cds_lfht_node *node,
+                               int unique, int dummy);
+
 /*
  * Algorithm to reverse bits in a word by lookup table, extended to
  * 64-bit words.
@@ -669,7 +679,7 @@ void cds_lfht_free_level(struct rcu_head *head)
  * Remove all logically deleted nodes from a bucket up to a certain node key.
  */
 static
-void _cds_lfht_gc_bucket(struct cds_lfht_node *dummy, struct cds_lfht_node *node)
+int _cds_lfht_gc_bucket(struct cds_lfht_node *dummy, struct cds_lfht_node *node)
 {
        struct cds_lfht_node *iter_prev, *iter, *next, *new_next;
 
@@ -681,6 +691,15 @@ void _cds_lfht_gc_bucket(struct cds_lfht_node *dummy, struct cds_lfht_node *node
                iter_prev = dummy;
                /* We can always skip the dummy node initially */
                iter = rcu_dereference(iter_prev->p.next);
+               if (unlikely(iter == NULL)) {
+                       /*
+                        * We are executing concurrently with a hash table
+                        * expand, so we see a dummy node with NULL next value.
+                        * Help expand by linking this node into the list and
+                        * retry.
+                        */
+                       return 1;
+               }
                assert(iter_prev->p.reverse_hash <= node->p.reverse_hash);
                /*
                 * We should never be called with dummy (start of chain)
@@ -691,9 +710,9 @@ void _cds_lfht_gc_bucket(struct cds_lfht_node *dummy, struct cds_lfht_node *node
                assert(dummy != node);
                for (;;) {
                        if (unlikely(!clear_flag(iter)))
-                               return;
+                               return 0;
                        if (likely(clear_flag(iter)->p.reverse_hash > node->p.reverse_hash))
-                               return;
+                               return 0;
                        next = rcu_dereference(clear_flag(iter)->p.next);
                        if (likely(is_removed(next)))
                                break;
@@ -707,6 +726,7 @@ void _cds_lfht_gc_bucket(struct cds_lfht_node *dummy, struct cds_lfht_node *node
                        new_next = clear_flag(next);
                (void) uatomic_cmpxchg(&iter_prev->p.next, iter, new_next);
        }
+       return 0;
 }
 
 static
@@ -741,12 +761,27 @@ struct cds_lfht_node *_cds_lfht_add(struct cds_lfht *ht,
                iter_prev = (struct cds_lfht_node *) lookup;
                /* We can always skip the dummy node initially */
                iter = rcu_dereference(iter_prev->p.next);
+               if (unlikely(iter == NULL)) {
+                       /*
+                        * We are executing concurrently with a hash table
+                        * expand, so we see a dummy node with NULL next value.
+                        * Help expand by linking this node into the list and
+                        * retry.
+                        */
+                       (void) _cds_lfht_add(ht, size >> 1, iter_prev, 0, 1);
+                       continue;       /* retry */
+               }
                assert(iter_prev->p.reverse_hash <= node->p.reverse_hash);
                for (;;) {
-                       /* TODO: check if removed */
+                       /*
+                        * When adding a dummy node, we allow concurrent
+                        * add/removal to help. If we find the dummy node in
+                        * place, skip its insertion.
+                        */
+                       if (unlikely(dummy && clear_flag(iter) == node))
+                               return node;
                        if (unlikely(!clear_flag(iter)))
                                goto insert;
-                       /* TODO: check if removed */
                        if (likely(clear_flag(iter)->p.reverse_hash > node->p.reverse_hash))
                                goto insert;
                        next = rcu_dereference(clear_flag(iter)->p.next);
@@ -798,7 +833,11 @@ gc_end:
        order = get_count_order_ulong(index + 1);
        lookup = &ht->t.tbl[order]->nodes[index & (!order ? 0 : ((1UL << (order - 1)) - 1))];
        dummy_node = (struct cds_lfht_node *) lookup;
-       _cds_lfht_gc_bucket(dummy_node, node);
+       if (_cds_lfht_gc_bucket(dummy_node, node)) {
+               /* Help expand */
+               (void) _cds_lfht_add(ht, size >> 1, dummy_node, 0, 1);
+               goto gc_end;    /* retry */
+       }
        return node;
 }
 
@@ -836,13 +875,18 @@ int _cds_lfht_remove(struct cds_lfht *ht, unsigned long size,
         * the node, and remove it (along with any other logically removed node)
         * if found.
         */
+gc_retry:
        hash = bit_reverse_ulong(node->p.reverse_hash);
        assert(size > 0);
        index = hash & (size - 1);
        order = get_count_order_ulong(index + 1);
        lookup = &ht->t.tbl[order]->nodes[index & (!order ? 0 : ((1UL << (order - 1)) - 1))];
        dummy = (struct cds_lfht_node *) lookup;
-       _cds_lfht_gc_bucket(dummy, node);
+       if (_cds_lfht_gc_bucket(dummy, node)) {
+               /* Help expand */
+               (void) _cds_lfht_add(ht, size >> 1, dummy, 0, 1);
+               goto gc_retry;  /* retry */
+       }
 end:
        /*
         * Only the flagging action indicated that we (and no other)
@@ -874,11 +918,17 @@ void init_table_hash(struct cds_lfht *ht, unsigned long i,
        }
 }
 
+/*
+ * Holding RCU read lock to protect _cds_lfht_add against memory
+ * reclaim that could be performed by other call_rcu worker threads (ABA
+ * problem).
+ */
 static
 void init_table_link(struct cds_lfht *ht, unsigned long i, unsigned long len)
 {
        unsigned long j;
 
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_online();
        ht->cds_lfht_rcu_read_lock();
        for (j = 0; j < len; j++) {
                struct cds_lfht_node *new_node =
@@ -892,13 +942,9 @@ void init_table_link(struct cds_lfht *ht, unsigned long i, unsigned long len)
                        break;
        }
        ht->cds_lfht_rcu_read_unlock();
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_offline();
 }
 
-/*
- * Holding RCU read lock to protect _cds_lfht_add against memory
- * reclaim that could be performed by other call_rcu worker threads (ABA
- * problem).
- */
 static
 void init_table(struct cds_lfht *ht,
                unsigned long first_order, unsigned long len_order)
@@ -913,35 +959,64 @@ void init_table(struct cds_lfht *ht,
 
                len = !i ? 1 : 1UL << (i - 1);
                dbg_printf("init order %lu len: %lu\n", i, len);
+
+               /* Stop expand if the resize target changes under us */
+               if (CMM_LOAD_SHARED(ht->t.resize_target) < (!i ? 1 : (1UL << i)))
+                       break;
+
                ht->t.tbl[i] = calloc(1, sizeof(struct rcu_level)
                                + (len * sizeof(struct _cds_lfht_node)));
 
                /* Set all dummy nodes reverse hash values for a level */
                init_table_hash(ht, i, len);
 
+               /*
+                * Update table size. At this point, concurrent add/remove see
+                * dummy nodes with correctly initialized reverse hash value,
+                * but with NULL next pointers. If they do, they can help us
+                * link the dummy nodes into the list and retry.
+                */
+               cmm_smp_wmb();  /* populate data before RCU size */
+               CMM_STORE_SHARED(ht->t.size, !i ? 1 : (1UL << i));
+
                /*
                 * Link all dummy nodes into the table. Concurrent
                 * add/remove are helping us.
                 */
                init_table_link(ht, i, len);
 
-               /*
-                * Update table size (after init for now, because no
-                * concurrent updater help (TODO)).
-                */
-               cmm_smp_wmb();  /* populate data before RCU size */
-               CMM_STORE_SHARED(ht->t.size, !i ? 1 : (1UL << i));
                dbg_printf("init new size: %lu\n", !i ? 1 : (1UL << i));
                if (CMM_LOAD_SHARED(ht->in_progress_destroy))
                        break;
        }
 }
 
+/*
+ * Holding RCU read lock to protect _cds_lfht_remove against memory
+ * reclaim that could be performed by other call_rcu worker threads (ABA
+ * problem).
+ * For a single level, we logically remove and garbage collect each node.
+ *
+ * As a design choice, we perform logical removal and garbage collection on a
+ * node-per-node basis to simplify this algorithm. We also assume keeping good
+ * cache locality of the operation would overweight possible performance gain
+ * that could be achieved by batching garbage collection for multiple levels.
+ * However, this would have to be justified by benchmarks.
+ *
+ * Concurrent removal and add operations are helping us perform garbage
+ * collection of logically removed nodes. We guarantee that all logically
+ * removed nodes have been garbage-collected (unlinked) before call_rcu is
+ * invoked to free a hole level of dummy nodes (after a grace period).
+ *
+ * Logical removal and garbage collection can therefore be done in batch or on a
+ * node-per-node basis, as long as the guarantee above holds.
+ */
 static
 void remove_table(struct cds_lfht *ht, unsigned long i, unsigned long len)
 {
        unsigned long j;
 
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_online();
        ht->cds_lfht_rcu_read_lock();
        for (j = 0; j < len; j++) {
                struct cds_lfht_node *fini_node =
@@ -957,13 +1032,9 @@ void remove_table(struct cds_lfht *ht, unsigned long i, unsigned long len)
                        break;
        }
        ht->cds_lfht_rcu_read_unlock();
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_offline();
 }
 
-/*
- * Holding RCU read lock to protect _cds_lfht_remove against memory
- * reclaim that could be performed by other call_rcu worker threads (ABA
- * problem).
- */
 static
 void fini_table(struct cds_lfht *ht,
                unsigned long first_order, unsigned long len_order)
@@ -974,13 +1045,27 @@ void fini_table(struct cds_lfht *ht,
                   first_order, first_order + len_order);
        end_order = first_order + len_order;
        assert(first_order > 0);
-       assert(ht->t.size == (1UL << (first_order - 1)));
        for (i = end_order - 1; i >= first_order; i--) {
                unsigned long len;
 
                len = !i ? 1 : 1UL << (i - 1);
                dbg_printf("fini order %lu len: %lu\n", i, len);
 
+               /* Stop shrink if the resize target changes under us */
+               if (CMM_LOAD_SHARED(ht->t.resize_target) > (1UL << (i - 1)))
+                       break;
+
+               cmm_smp_wmb();  /* populate data before RCU size */
+               CMM_STORE_SHARED(ht->t.size, 1UL << (i - 1));
+
+               /*
+                * We need to wait for all add operations to reach Q.S. (and
+                * thus use the new table for lookups) before we can start
+                * releasing the old dummy nodes. Otherwise their lookup will
+                * return a logically removed node as insert position.
+                */
+               ht->cds_lfht_synchronize_rcu();
+
                /*
                 * Set "removed" flag in dummy nodes about to be removed.
                 * Unlink all now-logically-removed dummy node pointers.
@@ -1006,7 +1091,9 @@ struct cds_lfht *cds_lfht_new(cds_lfht_hash_fct hash_fct,
                                        void (*func)(struct rcu_head *head)),
                        void (*cds_lfht_synchronize_rcu)(void),
                        void (*cds_lfht_rcu_read_lock)(void),
-                       void (*cds_lfht_rcu_read_unlock)(void))
+                       void (*cds_lfht_rcu_read_unlock)(void),
+                       void (*cds_lfht_rcu_thread_offline)(void),
+                       void (*cds_lfht_rcu_thread_online)(void))
 {
        struct cds_lfht *ht;
        unsigned long order;
@@ -1022,14 +1109,19 @@ struct cds_lfht *cds_lfht_new(cds_lfht_hash_fct hash_fct,
        ht->cds_lfht_synchronize_rcu = cds_lfht_synchronize_rcu;
        ht->cds_lfht_rcu_read_lock = cds_lfht_rcu_read_lock;
        ht->cds_lfht_rcu_read_unlock = cds_lfht_rcu_read_unlock;
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_offline = cds_lfht_rcu_thread_offline;
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_online = cds_lfht_rcu_thread_online;
        ht->percpu_count = alloc_per_cpu_items_count();
        /* this mutex should not nest in read-side C.S. */
        pthread_mutex_init(&ht->resize_mutex, NULL);
        order = get_count_order_ulong(max(init_size, MIN_TABLE_SIZE)) + 1;
        ht->flags = flags;
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_offline();
        pthread_mutex_lock(&ht->resize_mutex);
+       ht->t.resize_target = 1UL << (order - 1);
        init_table(ht, 0, order);
        pthread_mutex_unlock(&ht->resize_mutex);
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_online();
        return ht;
 }
 
@@ -1255,17 +1347,6 @@ void _do_cds_lfht_shrink(struct cds_lfht *ht,
               old_size, old_order, new_size, new_order);
        assert(new_size < old_size);
 
-       cmm_smp_wmb();  /* populate data before RCU size */
-       CMM_STORE_SHARED(ht->t.size, new_size);
-
-       /*
-        * We need to wait for all add operations to reach Q.S. (and
-        * thus use the new table for lookups) before we can start
-        * releasing the old dummy nodes. Otherwise their lookup will
-        * return a logically removed node as insert position.
-        */
-       ht->cds_lfht_synchronize_rcu();
-
        /* Remove and unlink all dummy nodes to remove. */
        fini_table(ht, new_order, old_order - new_order);
 }
@@ -1291,7 +1372,7 @@ void _do_cds_lfht_resize(struct cds_lfht *ht)
                ht->t.resize_initiated = 0;
                /* write resize_initiated before read resize_target */
                cmm_smp_mb();
-       } while (new_size != CMM_LOAD_SHARED(ht->t.resize_target));
+       } while (ht->t.size != CMM_LOAD_SHARED(ht->t.resize_target));
 }
 
 static
@@ -1314,9 +1395,11 @@ void cds_lfht_resize(struct cds_lfht *ht, unsigned long new_size)
 {
        resize_target_update_count(ht, new_size);
        CMM_STORE_SHARED(ht->t.resize_initiated, 1);
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_offline();
        pthread_mutex_lock(&ht->resize_mutex);
        _do_cds_lfht_resize(ht);
        pthread_mutex_unlock(&ht->resize_mutex);
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_online();
 }
 
 static
@@ -1326,9 +1409,11 @@ void do_resize_cb(struct rcu_head *head)
                caa_container_of(head, struct rcu_resize_work, head);
        struct cds_lfht *ht = work->ht;
 
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_offline();
        pthread_mutex_lock(&ht->resize_mutex);
        _do_cds_lfht_resize(ht);
        pthread_mutex_unlock(&ht->resize_mutex);
+       ht->cds_lfht_rcu_thread_online();
        poison_free(work);
        cmm_smp_mb();   /* finish resize before decrement */
        uatomic_dec(&ht->in_progress_resize);
This page took 0.0269 seconds and 4 git commands to generate.