]> pd.if.org Git - nbds/blob - map/hashtable.c
a9916465104b196d59647ce926cae5b98296155e
[nbds] / map / hashtable.c
1 /* 
2  * Written by Josh Dybnis and released to the public domain, as explained at
3  * http://creativecommons.org/licenses/publicdomain
4  * 
5  * C implementation of Cliff Click's lock-free hash table from 
6  * http://www.azulsystems.com/events/javaone_2008/2008_CodingNonBlock.pdf
7  * http://sourceforge.net/projects/high-scale-lib
8  *
9  * Note: This is code uses synchronous atomic operations because that is all that x86 provides. 
10  * Every atomic operation is also an implicit full memory barrier. The upshot is that it simplifies
11  * the code a bit, but it won't be as fast as it could be on platforms that provide weaker 
12  * operations like and unfenced CAS which would still do the job.
13  */
14
15 #include <stdio.h>
16 #include "common.h"
17 #include "murmur.h"
18 #include "mem.h"
19 #include "hashtable.h"
20
21 #ifndef NBD32
22 #define GET_PTR(x) ((void *)((x) & MASK(48))) // low-order 48 bits is a pointer to a nstring_t
23 #else
24 #define GET_PTR(x) ((void *)(x))
25 #endif
26
27 typedef struct entry {
28     map_key_t key;
29     map_val_t val;
30 } entry_t;
31
32 typedef struct hti {
33     volatile entry_t *table;
34     hashtable_t *ht; // parent ht;
35     struct hti *next;
36     unsigned scale;
37     int max_probe;
38     int ref_count;
39     int count; // TODO: make these counters distributed
40     int num_entries_copied;
41     int copy_scan;
42 } hti_t;
43
44 struct ht_iter {
45     hti_t *  hti;
46     int64_t  idx;
47 };
48
49 struct ht {
50     hti_t *hti;
51     const datatype_t *key_type;
52 };
53
54 static const map_val_t COPIED_VALUE           = TAG_VALUE(DOES_NOT_EXIST, TAG1);
55 static const map_val_t TOMBSTONE              = STRIP_TAG(-1, TAG1);
56
57 static const unsigned ENTRIES_PER_BUCKET     = CACHE_LINE_SIZE/sizeof(entry_t);
58 static const unsigned ENTRIES_PER_COPY_CHUNK = CACHE_LINE_SIZE/sizeof(entry_t)*2;
59 static const unsigned MIN_SCALE              = 4; // min 16 entries (4 buckets)
60 static const unsigned MAX_BUCKETS_TO_PROBE   = 250;
61
62 static int hti_copy_entry (hti_t *ht1, volatile entry_t *ent, uint32_t ent_key_hash, hti_t *ht2);
63
64 // Choose the next bucket to probe using the high-order bits of <key_hash>.
65 static inline int get_next_ndx(int old_ndx, uint32_t key_hash, int ht_scale) {
66     int incr = (key_hash >> (32 - ht_scale));
67     incr += !incr; // If the increment is 0, make it 1.
68     return (old_ndx + incr) & MASK(ht_scale);
69 }
70
71 // Lookup <key> in <hti>. 
72 //
73 // Return the entry that <key> is in, or if <key> isn't in <hti> return the entry that it would be 
74 // in if it were inserted into <hti>. If there is no room for <key> in <hti> then return NULL, to 
75 // indicate that the caller should look in <hti->next>.
76 //
77 // Record if the entry being returned is empty. Otherwise the caller will have to waste time 
78 // re-comparing the keys to confirm that it did not lose a race to fill an empty entry.
79 static volatile entry_t *hti_lookup (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash, int *is_empty) {
80     TRACE("h2", "hti_lookup(key %p in hti %p)", key, hti);
81     *is_empty = 0;
82
83     // Probe one cache line at a time
84     int ndx = key_hash & MASK(hti->scale); // the first entry to search
85     for (int i = 0; i < hti->max_probe; ++i) {
86
87         // The start of the bucket is the first entry in the cache line.
88         volatile entry_t *bucket = hti->table + (ndx & ~(ENTRIES_PER_BUCKET-1)); 
89
90         // Start searching at the indexed entry. Then loop around to the begining of the cache line.
91         for (int j = 0; j < ENTRIES_PER_BUCKET; ++j) {
92             volatile entry_t *ent = bucket + ((ndx + j) & (ENTRIES_PER_BUCKET-1));
93
94             map_key_t ent_key = ent->key;
95             if (ent_key == DOES_NOT_EXIST) {
96                 TRACE("h1", "hti_lookup: entry %p for key %p is empty", ent, 
97                             (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)ent_key : GET_PTR(ent_key));
98                 *is_empty = 1; // indicate an empty so the caller avoids an expensive key compare
99                 return ent;
100             }
101
102             // Compare <key> with the key in the entry. 
103             if (EXPECT_TRUE(hti->ht->key_type == NULL)) {
104                 // fast path for integer keys
105                 if (ent_key == key) {
106                     TRACE("h1", "hti_lookup: found entry %p with key %p", ent, ent_key);
107                     return ent;
108                 }
109             } else {
110 #ifndef NBD32
111                 // The key in <ent> is made up of two parts. The 48 low-order bits are a pointer. The
112                 // high-order 16 bits are taken from the hash. The bits from the hash are used as a
113                 // quick check to rule out non-equal keys without doing a complete compare.
114                 if ((key_hash >> 16) == (ent_key >> 48)) {
115 #endif
116                     if (hti->ht->key_type->cmp(GET_PTR(ent_key), (void *)key) == 0) {
117                         TRACE("h1", "hti_lookup: found entry %p with key %p", ent, GET_PTR(ent_key));
118                         return ent;
119 #ifndef NBD32
120                     }
121 #endif
122                 }
123             }
124         }
125
126         ndx = get_next_ndx(ndx, key_hash, hti->scale);
127     }
128
129     // maximum number of probes exceeded
130     TRACE("h1", "hti_lookup: maximum number of probes exceeded returning 0x0", 0, 0);
131     return NULL;
132 }
133
134 // Allocate and initialize a hti_t with 2^<scale> entries.
135 static hti_t *hti_alloc (hashtable_t *parent, int scale) {
136     hti_t *hti = (hti_t *)nbd_malloc(sizeof(hti_t));
137     memset(hti, 0, sizeof(hti_t));
138
139     size_t sz = sizeof(entry_t) * (1 << scale);
140     entry_t *table = nbd_malloc(sz);
141     memset(table, 0, sz);
142     hti->table = table;
143
144     hti->scale = scale;
145
146     // When searching for a key probe a maximum of 1/4 of the buckets up to 1000 buckets.
147     hti->max_probe = ((1 << (hti->scale - 2)) / ENTRIES_PER_BUCKET) + 4;
148     if (hti->max_probe > MAX_BUCKETS_TO_PROBE) {
149         hti->max_probe = MAX_BUCKETS_TO_PROBE;
150     }
151
152     hti->ht = parent;
153     hti->ref_count = 1; // one for the parent
154
155     assert(hti->scale >= MIN_SCALE && hti->scale < 63); // size must be a power of 2
156     assert(sizeof(entry_t) * ENTRIES_PER_BUCKET % CACHE_LINE_SIZE == 0); // divisible into cache
157     assert((size_t)hti->table % CACHE_LINE_SIZE == 0); // cache aligned
158
159     return hti;
160 }
161
162 // Called when <hti> runs out of room for new keys.
163 //
164 // Initiates a copy by creating a larger hti_t and installing it in <hti->next>.
165 static void hti_start_copy (hti_t *hti) {
166     TRACE("h0", "hti_start_copy(hti %p scale %llu)", hti, hti->scale);
167
168     // heuristics to determine the size of the new table
169     size_t count = ht_count(hti->ht);
170     unsigned int new_scale = hti->scale;
171     new_scale += (count > (1 << (new_scale - 2))); // double size if more than 1/4 full
172     new_scale += (count > (1 << (new_scale - 2))); // double size again if more than 1/2 full
173
174     // Allocate the new table and attempt to install it.
175     hti_t *next = hti_alloc(hti->ht, new_scale);
176     hti_t *old_next = SYNC_CAS(&hti->next, NULL, next);
177     if (old_next != NULL) {
178         // Another thread beat us to it.
179         TRACE("h0", "hti_start_copy: lost race to install new hti; found %p", old_next, 0);
180         nbd_free(next);
181         return;
182     }
183     TRACE("h0", "hti_start_copy: new hti %p scale %llu", next, next->scale);
184 }
185
186 // Copy the key and value stored in <ht1_ent> (which must be an entry in <ht1>) to <ht2>. 
187 //
188 // Return 1 unless <ht1_ent> is already copied (then return 0), so the caller can account for the total
189 // number of entries left to copy.
190 static int hti_copy_entry (hti_t *ht1, volatile entry_t *ht1_ent, uint32_t key_hash, hti_t *ht2) {
191     TRACE("h2", "hti_copy_entry: entry %p to table %p", ht1_ent, ht2);
192     assert(ht1);
193     assert(ht1->next);
194     assert(ht2);
195     assert(ht1_ent >= ht1->table && ht1_ent < ht1->table + (1 << ht1->scale));
196 #ifndef NBD32
197     assert(key_hash == 0 || ht1->ht->key_type == NULL || (key_hash >> 16) == (ht1_ent->key >> 48));
198 #endif
199
200     map_val_t ht1_ent_val = ht1_ent->val;
201     if (EXPECT_FALSE(ht1_ent_val == COPIED_VALUE || ht1_ent_val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1))) {
202         TRACE("h1", "hti_copy_entry: entry %p already copied to table %p", ht1_ent, ht2);
203         return FALSE; // already copied
204     }
205
206     // Kill empty entries.
207     if (EXPECT_FALSE(ht1_ent_val == DOES_NOT_EXIST)) {
208         map_val_t ht1_ent_val = SYNC_CAS(&ht1_ent->val, DOES_NOT_EXIST, COPIED_VALUE);
209         if (ht1_ent_val == DOES_NOT_EXIST) {
210             TRACE("h1", "hti_copy_entry: empty entry %p killed", ht1_ent, 0);
211             return TRUE;
212         }
213         TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to kill empty entry %p; the entry is not empty", ht1_ent, 0);
214     }
215
216     // Tag the value in the old entry to indicate a copy is in progress.
217     ht1_ent_val = SYNC_FETCH_AND_OR(&ht1_ent->val, TAG_VALUE(0, TAG1));
218     TRACE("h2", "hti_copy_entry: tagged the value %p in old entry %p", ht1_ent_val, ht1_ent);
219     if (ht1_ent_val == COPIED_VALUE || ht1_ent_val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)) {
220         TRACE("h1", "hti_copy_entry: entry %p already copied to table %p", ht1_ent, ht2);
221         return FALSE; // <value> was already copied by another thread.
222     }
223
224     // The old table's dead entries don't need to be copied to the new table
225     if (ht1_ent_val == TOMBSTONE)
226         return TRUE; 
227
228     // Install the key in the new table.
229     map_key_t ht1_ent_key = ht1_ent->key;
230     map_key_t key = (ht1->ht->key_type == NULL) ? (map_key_t)ht1_ent_key : (map_key_t)GET_PTR(ht1_ent_key);
231
232     // We use 0 to indicate that <key_hash> is uninitiallized. Occasionally the key's hash will really be 0 and we
233     // waste time recomputing it every time. It is rare enough that it won't hurt performance. 
234     if (key_hash == 0) { 
235         key_hash = (ht1->ht->key_type == NULL) 
236                  ? murmur32_8b(ht1_ent_key) 
237                  : ht1->ht->key_type->hash((void *)key);
238     }
239
240     int ht2_ent_is_empty;
241     volatile entry_t *ht2_ent = hti_lookup(ht2, key, key_hash, &ht2_ent_is_empty);
242     TRACE("h0", "hti_copy_entry: copy entry %p to entry %p", ht1_ent, ht2_ent);
243
244     // It is possible that there isn't any room in the new table either.
245     if (EXPECT_FALSE(ht2_ent == NULL)) {
246         TRACE("h0", "hti_copy_entry: no room in table %p copy to next table %p", ht2, ht2->next);
247         if (ht2->next == NULL) {
248             hti_start_copy(ht2); // initiate nested copy, if not already started
249         }
250         return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2->next); // recursive tail-call
251     }
252
253     if (ht2_ent_is_empty) {
254         map_key_t old_ht2_ent_key = SYNC_CAS(&ht2_ent->key, DOES_NOT_EXIST, ht1_ent_key);
255         if (old_ht2_ent_key != DOES_NOT_EXIST) {
256             TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to CAS key %p into new entry; found %p",
257                     ht1_ent_key, old_ht2_ent_key);
258             return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2); // recursive tail-call
259         }
260     }
261
262     // Copy the value to the entry in the new table.
263     ht1_ent_val = STRIP_TAG(ht1_ent_val, TAG1);
264     map_val_t old_ht2_ent_val = SYNC_CAS(&ht2_ent->val, DOES_NOT_EXIST, ht1_ent_val);
265
266     // If there is a nested copy in progress, we might have installed the key into a dead entry.
267     if (old_ht2_ent_val == COPIED_VALUE) {
268         TRACE("h0", "hti_copy_entry: nested copy in progress; copy %p to next table %p", ht2_ent, ht2->next);
269         return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2->next); // recursive tail-call
270     }
271
272     // Mark the old entry as dead.
273     ht1_ent->val = COPIED_VALUE;
274
275     // Update the count if we were the one that completed the copy.
276     if (old_ht2_ent_val == DOES_NOT_EXIST) {
277         TRACE("h0", "hti_copy_entry: key %p value %p copied to new entry", key, ht1_ent_val);
278         SYNC_ADD(&ht1->count, -1);
279         SYNC_ADD(&ht2->count, 1);
280         return TRUE;
281     }
282
283     TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to install value %p in new entry; found value %p", 
284                 ht1_ent_val, old_ht2_ent_val);
285     return FALSE; // another thread completed the copy
286 }
287
288 // Compare <expected> with the existing value associated with <key>. If the values match then 
289 // replace the existing value with <new>. If <new> is DOES_NOT_EXIST, delete the value associated with 
290 // the key by replacing it with a TOMBSTONE.
291 //
292 // Return the previous value associated with <key>, or DOES_NOT_EXIST if <key> is not in the table
293 // or associated with a TOMBSTONE. If a copy is in progress and <key> has been copied to the next 
294 // table then return COPIED_VALUE. 
295 //
296 // NOTE: the returned value matches <expected> iff the set succeeds
297 //
298 // Certain values of <expected> have special meaning. If <expected> is CAS_EXPECT_EXISTS then any 
299 // real value matches (i.ent. not a TOMBSTONE or DOES_NOT_EXIST) as long as <key> is in the table. If
300 // <expected> is CAS_EXPECT_WHATEVER then skip the test entirely.
301 //
302 static map_val_t hti_cas (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash, map_val_t expected, map_val_t new) {
303     TRACE("h1", "hti_cas: hti %p key %p", hti, key);
304     TRACE("h1", "hti_cas: value %p expect %p", new, expected);
305     assert(hti);
306     assert(!IS_TAGGED(new, TAG1));
307     assert(key);
308
309     int is_empty;
310     volatile entry_t *ent = hti_lookup(hti, key, key_hash, &is_empty);
311
312     // There is no room for <key>, grow the table and try again.
313     if (ent == NULL) {
314         if (hti->next == NULL) {
315             hti_start_copy(hti);
316         }
317         return COPIED_VALUE;
318     }
319
320     // Install <key> in the table if it doesn't exist.
321     if (is_empty) {
322         TRACE("h0", "hti_cas: entry %p is empty", ent, 0);
323         if (expected != CAS_EXPECT_WHATEVER && expected != CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST)
324             return DOES_NOT_EXIST;
325
326         // No need to do anything, <key> is already deleted.
327         if (new == DOES_NOT_EXIST)
328             return DOES_NOT_EXIST;
329
330         // Allocate <new_key>.
331         map_key_t new_key = (hti->ht->key_type == NULL) 
332                           ? (map_key_t)key 
333                           : (map_key_t)hti->ht->key_type->clone((void *)key);
334 #ifndef NBD32
335         if (EXPECT_FALSE(hti->ht->key_type != NULL)) {
336             // Combine <new_key> pointer with bits from its hash 
337             new_key = ((uint64_t)(key_hash >> 16) << 48) | new_key; 
338         }
339 #endif
340
341         // CAS the key into the table.
342         map_key_t old_ent_key = SYNC_CAS(&ent->key, DOES_NOT_EXIST, new_key);
343
344         // Retry if another thread stole the entry out from under us.
345         if (old_ent_key != DOES_NOT_EXIST) {
346             TRACE("h0", "hti_cas: lost race to install key %p in entry %p", new_key, ent);
347             TRACE("h0", "hti_cas: found %p instead of NULL", 
348                         (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)old_ent_key : GET_PTR(old_ent_key), 0);
349             if (hti->ht->key_type != NULL) {
350                 nbd_free(GET_PTR(new_key));
351             }
352             return hti_cas(hti, key, key_hash, expected, new); // tail-call
353         }
354         TRACE("h2", "hti_cas: installed key %p in entry %p", new_key, ent);
355     }
356
357     TRACE("h0", "hti_cas: entry for key %p is %p", 
358                 (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)ent->key : GET_PTR(ent->key), ent);
359
360     // If the entry is in the middle of a copy, the copy must be completed first.
361     map_val_t ent_val = ent->val;
362     if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(ent_val, TAG1))) {
363         if (ent_val != COPIED_VALUE && ent_val != TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)) {
364             int did_copy = hti_copy_entry(hti, ent, key_hash, ((volatile hti_t *)hti)->next);
365             if (did_copy) {
366                 SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, 1);
367             }
368             TRACE("h0", "hti_cas: value in the middle of a copy, copy completed by %s", 
369                         (did_copy ? "self" : "other"), 0);
370         }
371         TRACE("h0", "hti_cas: value copied to next table, retry on next table", 0, 0);
372         return COPIED_VALUE;
373     }
374
375     // Fail if the old value is not consistent with the caller's expectation.
376     int old_existed = (ent_val != TOMBSTONE && ent_val != DOES_NOT_EXIST);
377     if (EXPECT_FALSE(expected != CAS_EXPECT_WHATEVER && expected != ent_val)) {
378         if (EXPECT_FALSE(expected != (old_existed ? CAS_EXPECT_EXISTS : CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST))) {
379             TRACE("h1", "hti_cas: value %p expected by caller not found; found value %p",
380                         expected, ent_val);
381             return ent_val;
382         }
383     }
384
385     // No need to update if value is unchanged.
386     if ((new == DOES_NOT_EXIST && !old_existed) || ent_val == new) {
387         TRACE("h1", "hti_cas: old value and new value were the same", 0, 0);
388         return ent_val;
389     }
390
391     // CAS the value into the entry. Retry if it fails.
392     map_val_t v = SYNC_CAS(&ent->val, ent_val, new == DOES_NOT_EXIST ? TOMBSTONE : new);
393     if (EXPECT_FALSE(v != ent_val)) {
394         TRACE("h0", "hti_cas: value CAS failed; expected %p found %p", ent_val, v);
395         return hti_cas(hti, key, key_hash, expected, new); // recursive tail-call
396     }
397
398     // The set succeeded. Adjust the value count.
399     if (old_existed && new == DOES_NOT_EXIST) {
400         SYNC_ADD(&hti->count, -1);
401     } else if (!old_existed && new != DOES_NOT_EXIST) {
402         SYNC_ADD(&hti->count, 1);
403     }
404
405     // Return the previous value.
406     TRACE("h0", "hti_cas: CAS succeeded; old value %p new value %p", ent_val, new);
407     return ent_val;
408 }
409
410 //
411 static map_val_t hti_get (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash) {
412     int is_empty;
413     volatile entry_t *ent = hti_lookup(hti, key, key_hash, &is_empty);
414
415     // When hti_lookup() returns NULL it means we hit the reprobe limit while
416     // searching the table. In that case, if a copy is in progress the key 
417     // might exist in the copy.
418     if (EXPECT_FALSE(ent == NULL)) {
419         if (((volatile hti_t *)hti)->next != NULL)
420             return hti_get(hti->next, key, key_hash); // recursive tail-call
421         return DOES_NOT_EXIST;
422     }
423
424     if (is_empty)
425         return DOES_NOT_EXIST;
426
427     // If the entry is being copied, finish the copy and retry on the next table.
428     map_val_t ent_val = ent->val;
429     if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(ent_val, TAG1))) {
430         if (EXPECT_FALSE(ent_val != COPIED_VALUE && ent_val != TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1))) {
431             int did_copy = hti_copy_entry(hti, ent, key_hash, ((volatile hti_t *)hti)->next);
432             if (did_copy) {
433                 SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, 1);
434             }
435         }
436         return hti_get(((volatile hti_t *)hti)->next, key, key_hash); // tail-call
437     }
438
439     return (ent_val == TOMBSTONE) ? DOES_NOT_EXIST : ent_val;
440 }
441
442 //
443 map_val_t ht_get (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
444     uint32_t hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
445     return hti_get(ht->hti, key, hash);
446 }
447
448 // returns TRUE if copy is done
449 static int hti_help_copy (hti_t *hti) {
450     volatile entry_t *ent;
451     size_t limit; 
452     size_t total_copied = hti->num_entries_copied;
453     size_t num_copied = 0;
454     size_t x = hti->copy_scan; 
455
456     TRACE("h1", "ht_cas: help copy. scan is %llu, size is %llu", x, 1<<hti->scale);
457     if (total_copied != (1 << hti->scale)) {
458         // Panic if we've been around the array twice and still haven't finished the copy.
459         int panic = (x >= (1 << (hti->scale + 1))); 
460         if (!panic) {
461             limit = ENTRIES_PER_COPY_CHUNK;
462
463             // Reserve some entries for this thread to copy. There is a race condition here because the
464             // fetch and add isn't atomic, but that is ok.
465             hti->copy_scan = x + ENTRIES_PER_COPY_CHUNK; 
466
467             // <copy_scan> might be larger than the size of the table, if some thread stalls while 
468             // copying. In that case we just wrap around to the begining and make another pass through
469             // the table.
470             ent = hti->table + (x & MASK(hti->scale));
471         } else {
472             TRACE("h1", "ht_cas: help copy panic", 0, 0);
473             // scan the whole table
474             ent = hti->table;
475             limit = (1 << hti->scale);
476         }
477
478         // Copy the entries
479         for (int i = 0; i < limit; ++i) {
480             num_copied += hti_copy_entry(hti, ent++, 0, hti->next);
481             assert(ent <= hti->table + (1 << hti->scale));
482         }
483         if (num_copied != 0) {
484             total_copied = SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, num_copied);
485         }
486     }
487
488     return (total_copied == (1 << hti->scale));
489 }
490
491 static void hti_defer_free (hti_t *hti) {
492     assert(hti->ref_count == 0);
493
494     for (uint32_t i = 0; i < (1 << hti->scale); ++i) {
495         map_key_t key = hti->table[i].key;
496         map_val_t val = hti->table[i].val;
497         if (val == COPIED_VALUE)
498             continue;
499         assert(!IS_TAGGED(val, TAG1) || val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)); // copy not in progress
500         if (hti->ht->key_type != NULL && key != DOES_NOT_EXIST) {
501             nbd_defer_free(GET_PTR(key));
502         }
503     }
504     nbd_defer_free((void *)hti->table);
505     nbd_defer_free(hti);
506 }
507
508 static void hti_release (hti_t *hti) {
509     assert(hti->ref_count > 0);
510     int ref_count = SYNC_ADD(&hti->ref_count, -1);
511     if (ref_count == 0) {
512         hti_defer_free(hti);
513     }
514 }
515
516 //
517 map_val_t ht_cas (hashtable_t *ht, map_key_t key, map_val_t expected_val, map_val_t new_val) {
518
519     TRACE("h2", "ht_cas: key %p ht %p", key, ht);
520     TRACE("h2", "ht_cas: expected val %p new val %p", expected_val, new_val);
521     assert(key != DOES_NOT_EXIST);
522     assert(!IS_TAGGED(new_val, TAG1) && new_val != DOES_NOT_EXIST && new_val != TOMBSTONE);
523
524     hti_t *hti = ht->hti;
525
526     // Help with an ongoing copy.
527     if (EXPECT_FALSE(hti->next != NULL)) {
528         int done = hti_help_copy(hti);
529
530         // Unlink fully copied tables.
531         if (done) {
532             assert(hti->next);
533             if (SYNC_CAS(&ht->hti, hti, hti->next) == hti) {
534                 hti_release(hti);
535             }
536         }
537     }
538
539     map_val_t old_val;
540     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
541     while ((old_val = hti_cas(hti, key, key_hash, expected_val, new_val)) == COPIED_VALUE) {
542         assert(hti->next);
543         hti = hti->next;
544     }
545
546     return old_val == TOMBSTONE ? DOES_NOT_EXIST : old_val;
547 }
548
549 // Remove the value in <ht> associated with <key>. Returns the value removed, or DOES_NOT_EXIST if there was
550 // no value for that key.
551 map_val_t ht_remove (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
552     hti_t *hti = ht->hti;
553     map_val_t val;
554     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
555     do {
556         val = hti_cas(hti, key, key_hash, CAS_EXPECT_WHATEVER, DOES_NOT_EXIST);
557         if (val != COPIED_VALUE)
558             return val == TOMBSTONE ? DOES_NOT_EXIST : val;
559         assert(hti->next);
560         hti = hti->next;
561         assert(hti);
562     } while (1);
563 }
564
565 // Returns the number of key-values pairs in <ht>
566 size_t ht_count (hashtable_t *ht) {
567     hti_t *hti = ht->hti;
568     size_t count = 0;
569     while (hti) {
570         count += hti->count;
571         hti = hti->next; 
572     }
573     return count;
574 }
575
576 // Allocate and initialize a new hash table.
577 hashtable_t *ht_alloc (const datatype_t *key_type) {
578     hashtable_t *ht = nbd_malloc(sizeof(hashtable_t));
579     ht->key_type = key_type;
580     ht->hti = (hti_t *)hti_alloc(ht, MIN_SCALE);
581     return ht;
582 }
583
584 // Free <ht> and its internal structures.
585 void ht_free (hashtable_t *ht) {
586     hti_t *hti = ht->hti;
587     do {
588         hti_t *next = hti->next;
589         assert(hti->ref_count == 1);
590         hti_release(hti);
591         hti = next;
592     } while (hti);
593     nbd_free(ht);
594 }
595
596 void ht_print (hashtable_t *ht) {
597     hti_t *hti = ht->hti;
598     while (hti) {
599         printf("hti:%p scale:%u count:%d copied:%d\n", hti, hti->scale, hti->count, hti->num_entries_copied);
600         for (int i = 0; i < (1 << hti->scale); ++i) {
601             volatile entry_t *ent = hti->table + i;
602             printf("[0x%x] 0x%llx:0x%llx\n", i, (uint64_t)ent->key, (uint64_t)ent->val);
603             if (i > 30) {
604                 printf("...\n");
605                 break;
606             }
607         }
608         hti = hti->next;
609     }
610 }
611
612 ht_iter_t *ht_iter_begin (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
613     hti_t *hti;
614     int ref_count;
615     do {
616         hti = ht->hti;
617         while (hti->next != NULL) {
618             do { } while (hti_help_copy(hti) != TRUE);
619             hti = hti->next;
620         }
621         do {
622             ref_count = hti->ref_count;
623             if(ref_count == 0)
624                 break;
625         } while (ref_count != SYNC_CAS(&hti->ref_count, ref_count, ref_count + 1));
626     } while (ref_count == 0);
627
628     ht_iter_t *iter = nbd_malloc(sizeof(ht_iter_t));
629     iter->hti = hti;
630     iter->idx = -1;
631
632     return iter;
633 }
634
635 map_val_t ht_iter_next (ht_iter_t *iter, map_key_t *key_ptr) {
636     volatile entry_t *ent;
637     map_key_t key;
638     map_val_t val;
639     size_t table_size = (1 << iter->hti->scale);
640     do {
641         iter->idx++;
642         if (iter->idx == table_size) {
643             return DOES_NOT_EXIST;
644         }
645         ent = &iter->hti->table[iter->idx];
646         key = (iter->hti->ht->key_type == NULL) ? (map_key_t)ent->key : (map_key_t)GET_PTR(ent->key);
647         val = ent->val;
648
649     } while (key == DOES_NOT_EXIST || val == DOES_NOT_EXIST || val == TOMBSTONE);
650
651     if (key_ptr) {
652         *key_ptr = key;
653     }
654     if (val == COPIED_VALUE) {
655         uint32_t hash = (iter->hti->ht->key_type == NULL) 
656                       ? murmur32_8b((uint64_t)key)
657                       : iter->hti->ht->key_type->hash((void *)key);
658         val = hti_get(iter->hti->next, (map_key_t)ent->key, hash);
659     } 
660
661     return val;
662 }
663
664 void ht_iter_free (ht_iter_t *iter) {
665     hti_release(iter->hti);
666     nbd_free(iter);
667 }