rculfhash: document flags
[urcu.git] / rculfhash.c
index 6cc606d9e0dcbea64a7af89327c3874c636caa4c..ce1cbb79a55f4cc69ed729dddb170773a46d17d8 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
+#define MIN_TABLE_SIZE                 1
 
 #if (CAA_BITS_PER_LONG == 32)
 #define MAX_TABLE_ORDER                        32
 #define DUMMY_FLAG             (1UL << 1)
 #define FLAGS_MASK             ((1UL << 2) - 1)
 
+/* Value of the end pointer. Should not interact with flags. */
+#define END_VALUE              NULL
+
 struct ht_items_count {
        unsigned long add, remove;
 } __attribute__((aligned(CAA_CACHE_LINE_SIZE)));
@@ -221,6 +219,13 @@ 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 +233,8 @@ 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 +244,12 @@ 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.
@@ -642,7 +655,19 @@ struct cds_lfht_node *flag_dummy(struct cds_lfht_node *node)
 {
        return (struct cds_lfht_node *) (((unsigned long) node) | DUMMY_FLAG);
 }
+
+static
+struct cds_lfht_node *get_end(void)
+{
+       return (struct cds_lfht_node *) END_VALUE;
+}
+
+static
+int is_end(struct cds_lfht_node *node)
+{
+       return clear_flag(node) == (struct cds_lfht_node *) END_VALUE;
+}
+
 static
 unsigned long _uatomic_max(unsigned long *ptr, unsigned long v)
 {
@@ -690,7 +715,7 @@ void _cds_lfht_gc_bucket(struct cds_lfht_node *dummy, struct cds_lfht_node *node
                 */
                assert(dummy != node);
                for (;;) {
-                       if (unlikely(!clear_flag(iter)))
+                       if (unlikely(is_end(iter)))
                                return;
                        if (likely(clear_flag(iter)->p.reverse_hash > node->p.reverse_hash))
                                return;
@@ -707,6 +732,7 @@ 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;
 }
 
 static
@@ -724,7 +750,7 @@ struct cds_lfht_node *_cds_lfht_add(struct cds_lfht *ht,
        assert(!is_removed(node));
        if (!size) {
                assert(dummy);
-               node->p.next = flag_dummy(NULL);
+               node->p.next = flag_dummy(get_end());
                return node;    /* Initial first add (head) */
        }
        hash = bit_reverse_ulong(node->p.reverse_hash);
@@ -743,10 +769,8 @@ struct cds_lfht_node *_cds_lfht_add(struct cds_lfht *ht,
                iter = rcu_dereference(iter_prev->p.next);
                assert(iter_prev->p.reverse_hash <= node->p.reverse_hash);
                for (;;) {
-                       /* TODO: check if removed */
-                       if (unlikely(!clear_flag(iter)))
+                       if (unlikely(is_end(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);
@@ -855,50 +879,41 @@ end:
                return -ENOENT;
 }
 
+/*
+ * Holding RCU read lock to protect _cds_lfht_add against memory
+ * reclaim that could be performed by other call_rcu worker threads (ABA
+ * problem).
+ *
+ * TODO: when we reach a certain length, we can split this population phase over
+ * many worker threads, based on the number of CPUs available in the system.
+ * This should therefore take care of not having the expand lagging behind too
+ * many concurrent insertion threads by using the scheduler's ability to
+ * schedule dummy node population fairly with insertions.
+ */
 static
-void init_table_hash(struct cds_lfht *ht, unsigned long i,
-               unsigned long len)
+void init_table_populate(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 =
                        (struct cds_lfht_node *) &ht->t.tbl[i]->nodes[j];
 
-               dbg_printf("init hash entry: i %lu j %lu hash %lu\n",
+               dbg_printf("init populate: i %lu j %lu hash %lu\n",
                           i, j, !i ? 0 : (1UL << (i - 1)) + j);
                new_node->p.reverse_hash =
                        bit_reverse_ulong(!i ? 0 : (1UL << (i - 1)) + j);
-               if (CMM_LOAD_SHARED(ht->in_progress_destroy))
-                       break;
-       }
-}
-
-static
-void init_table_link(struct cds_lfht *ht, unsigned long i, unsigned long len)
-{
-       unsigned long j;
-
-       ht->cds_lfht_rcu_read_lock();
-       for (j = 0; j < len; j++) {
-               struct cds_lfht_node *new_node =
-                       (struct cds_lfht_node *) &ht->t.tbl[i]->nodes[j];
-
-               dbg_printf("init link: i %lu j %lu hash %lu\n",
-                          i, j, !i ? 0 : (1UL << (i - 1)) + j);
                (void) _cds_lfht_add(ht, !i ? 0 : (1UL << (i - 1)),
                                new_node, 0, 1);
                if (CMM_LOAD_SHARED(ht->in_progress_destroy))
                        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 +928,63 @@ 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);
-
                /*
-                * Link all dummy nodes into the table. Concurrent
-                * add/remove are helping us.
+                * Set all dummy nodes reverse hash values for a level and
+                * link all dummy nodes into the table.
                 */
-               init_table_link(ht, i, len);
+               init_table_populate(ht, i, len);
 
                /*
-                * Update table size (after init for now, because no
-                * concurrent updater help (TODO)).
+                * Update table size.
                 */
                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.
+ *
+ * TODO: when we reach a certain length, we can split this removal over many
+ * worker threads, based on the number of CPUs available in the system. This
+ * should take care of not letting resize process lag behind too many concurrent
+ * updater threads actively inserting into the hash table.
+ */
 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 +1000,9 @@ 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 +1013,27 @@ 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.
@@ -997,7 +1050,7 @@ void fini_table(struct cds_lfht *ht,
        }
 }
 
-struct cds_lfht *cds_lfht_new(cds_lfht_hash_fct hash_fct,
+struct cds_lfht *_cds_lfht_new(cds_lfht_hash_fct hash_fct,
                        cds_lfht_compare_fct compare_fct,
                        unsigned long hash_seed,
                        unsigned long init_size,
@@ -1006,7 +1059,9 @@ 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;
@@ -1022,20 +1077,25 @@ 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;
 }
 
 struct cds_lfht_node *cds_lfht_lookup(struct cds_lfht *ht, void *key, size_t key_len)
 {
-       struct cds_lfht_node *node, *next;
+       struct cds_lfht_node *node, *next, *dummy_node;
        struct _cds_lfht_node *lookup;
        unsigned long hash, reverse_hash, index, order, size;
 
@@ -1048,10 +1108,15 @@ struct cds_lfht_node *cds_lfht_lookup(struct cds_lfht *ht, void *key, size_t key
        lookup = &ht->t.tbl[order]->nodes[index & (!order ? 0 : ((1UL << (order - 1))) - 1)];
        dbg_printf("lookup hash %lu index %lu order %lu aridx %lu\n",
                   hash, index, order, index & (!order ? 0 : ((1UL << (order - 1)) - 1)));
-       node = (struct cds_lfht_node *) lookup;
+       dummy_node = (struct cds_lfht_node *) lookup;
+       /* We can always skip the dummy node initially */
+       node = rcu_dereference(dummy_node->p.next);
+       node = clear_flag(node);
        for (;;) {
-               if (unlikely(!node))
+               if (unlikely(is_end(node))) {
+                       node = NULL;
                        break;
+               }
                if (unlikely(node->p.reverse_hash > reverse_hash)) {
                        node = NULL;
                        break;
@@ -1083,8 +1148,10 @@ struct cds_lfht_node *cds_lfht_next(struct cds_lfht *ht,
        node = clear_flag(next);
 
        for (;;) {
-               if (unlikely(!node))
+               if (unlikely(is_end(node))) {
+                       node = NULL;
                        break;
+               }
                if (unlikely(node->p.reverse_hash > reverse_hash)) {
                        node = NULL;
                        break;
@@ -1124,7 +1191,7 @@ struct cds_lfht_node *cds_lfht_add_unique(struct cds_lfht *ht,
 
        size = rcu_dereference(ht->t.size);
        ret = _cds_lfht_add(ht, size, node, 1, 0);
-       if (ret != node)
+       if (ret == node)
                ht_count_add(ht, size);
        return ret;
 }
@@ -1156,7 +1223,7 @@ int cds_lfht_delete_dummy(struct cds_lfht *ht)
                if (!is_dummy(node))
                        return -EPERM;
                assert(!is_removed(node));
-       } while (clear_flag(node));
+       } while (!is_end(node));
        /*
         * size accessed without rcu_dereference because hash table is
         * being destroyed.
@@ -1222,7 +1289,7 @@ void cds_lfht_count_nodes(struct cds_lfht *ht,
                else
                        (nr_dummy)++;
                node = clear_flag(next);
-       } while (node);
+       } while (!is_end(node));
        dbg_printf("number of dummy nodes: %lu\n", nr_dummy);
 }
 
@@ -1255,17 +1322,6 @@ 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 +1347,7 @@ 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 +1370,11 @@ 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 +1384,11 @@ 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 0.028776 seconds and 4 git commands to generate.