]> pd.if.org Git - nbds/blob - map/hashtable.c
ba62692b8414cefdcbf685c6bab5ded5d1723904
[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 "rcu.h"
20 #include "hashtable.h"
21
22 #ifndef NBD32
23 #define GET_PTR(x) ((void *)((x) & MASK(48))) // low-order 48 bits is a pointer to a nstring_t
24 #else
25 #define GET_PTR(x) ((void *)(x))
26 #endif
27
28 typedef struct entry {
29     map_key_t key;
30     map_val_t val;
31 } entry_t;
32
33 typedef struct hti {
34     volatile entry_t *table;
35     hashtable_t *ht; // parent ht;
36     struct hti *next;
37     unsigned scale;
38     int max_probe;
39     int ref_count;
40     int count; // TODO: make these counters distributed
41     int num_entries_copied;
42     int copy_scan;
43 } hti_t;
44
45 struct ht_iter {
46     hti_t *  hti;
47     int64_t  idx;
48 };
49
50 struct ht {
51     hti_t *hti;
52     const datatype_t *key_type;
53 };
54
55 static const map_val_t COPIED_VALUE           = TAG_VALUE(DOES_NOT_EXIST, TAG1);
56 static const map_val_t TOMBSTONE              = STRIP_TAG(-1, TAG1);
57
58 static const unsigned ENTRIES_PER_BUCKET     = CACHE_LINE_SIZE/sizeof(entry_t);
59 static const unsigned ENTRIES_PER_COPY_CHUNK = CACHE_LINE_SIZE/sizeof(entry_t)*2;
60 static const unsigned MIN_SCALE              = 4; // min 16 entries (4 buckets)
61 static const unsigned MAX_BUCKETS_TO_PROBE   = 250;
62
63 static int hti_copy_entry (hti_t *ht1, volatile entry_t *ent, uint32_t ent_key_hash, hti_t *ht2);
64
65 // Choose the next bucket to probe using the high-order bits of <key_hash>.
66 static inline int get_next_ndx(int old_ndx, uint32_t key_hash, int ht_scale) {
67     int incr = (key_hash >> (32 - ht_scale));
68     incr += !incr; // If the increment is 0, make it 1.
69     return (old_ndx + incr) & MASK(ht_scale);
70 }
71
72 // Lookup <key> in <hti>. 
73 //
74 // Return the entry that <key> is in, or if <key> isn't in <hti> return the entry that it would be 
75 // in if it were inserted into <hti>. If there is no room for <key> in <hti> then return NULL, to 
76 // indicate that the caller should look in <hti->next>.
77 //
78 // Record if the entry being returned is empty. Otherwise the caller will have to waste time 
79 // re-comparing the keys to confirm that it did not lose a race to fill an empty entry.
80 static volatile entry_t *hti_lookup (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash, int *is_empty) {
81     TRACE("h2", "hti_lookup(key %p in hti %p)", key, hti);
82     *is_empty = 0;
83
84     // Probe one cache line at a time
85     int ndx = key_hash & MASK(hti->scale); // the first entry to search
86     for (int i = 0; i < hti->max_probe; ++i) {
87
88         // The start of the bucket is the first entry in the cache line.
89         volatile entry_t *bucket = hti->table + (ndx & ~(ENTRIES_PER_BUCKET-1)); 
90
91         // Start searching at the indexed entry. Then loop around to the begining of the cache line.
92         for (int j = 0; j < ENTRIES_PER_BUCKET; ++j) {
93             volatile entry_t *ent = bucket + ((ndx + j) & (ENTRIES_PER_BUCKET-1));
94
95             map_key_t ent_key = ent->key;
96             if (ent_key == DOES_NOT_EXIST) {
97                 TRACE("h1", "hti_lookup: entry %p for key %p is empty", ent, 
98                             (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)ent_key : GET_PTR(ent_key));
99                 *is_empty = 1; // indicate an empty so the caller avoids an expensive key compare
100                 return ent;
101             }
102
103             // Compare <key> with the key in the entry. 
104             if (EXPECT_TRUE(hti->ht->key_type == NULL)) {
105                 // fast path for integer keys
106                 if (ent_key == key) {
107                     TRACE("h1", "hti_lookup: found entry %p with key %p", ent, ent_key);
108                     return ent;
109                 }
110             } else {
111 #ifndef NBD32
112                 // The key in <ent> is made up of two parts. The 48 low-order bits are a pointer. The
113                 // high-order 16 bits are taken from the hash. The bits from the hash are used as a
114                 // quick check to rule out non-equal keys without doing a complete compare.
115                 if ((key_hash >> 16) == (ent_key >> 48)) {
116 #endif
117                     if (hti->ht->key_type->cmp(GET_PTR(ent_key), (void *)key) == 0) {
118                         TRACE("h1", "hti_lookup: found entry %p with key %p", ent, GET_PTR(ent_key));
119                         return ent;
120 #ifndef NBD32
121                     }
122 #endif
123                 }
124             }
125         }
126
127         ndx = get_next_ndx(ndx, key_hash, hti->scale);
128     }
129
130     // maximum number of probes exceeded
131     TRACE("h1", "hti_lookup: maximum number of probes exceeded returning 0x0", 0, 0);
132     return NULL;
133 }
134
135 // Allocate and initialize a hti_t with 2^<scale> entries.
136 static hti_t *hti_alloc (hashtable_t *parent, int scale) {
137     hti_t *hti = (hti_t *)nbd_malloc(sizeof(hti_t));
138     memset(hti, 0, sizeof(hti_t));
139
140     size_t sz = sizeof(entry_t) * (1 << scale);
141     entry_t *table = nbd_malloc(sz);
142     memset(table, 0, sz);
143     hti->table = table;
144
145     hti->scale = scale;
146
147     // When searching for a key probe a maximum of 1/4 of the buckets up to 1000 buckets.
148     hti->max_probe = ((1 << (hti->scale - 2)) / ENTRIES_PER_BUCKET) + 4;
149     if (hti->max_probe > MAX_BUCKETS_TO_PROBE) {
150         hti->max_probe = MAX_BUCKETS_TO_PROBE;
151     }
152
153     hti->ht = parent;
154     hti->ref_count = 1; // one for the parent
155
156     assert(hti->scale >= MIN_SCALE && hti->scale < 63); // size must be a power of 2
157     assert(sizeof(entry_t) * ENTRIES_PER_BUCKET % CACHE_LINE_SIZE == 0); // divisible into cache
158     assert((size_t)hti->table % CACHE_LINE_SIZE == 0); // cache aligned
159
160     return hti;
161 }
162
163 // Called when <hti> runs out of room for new keys.
164 //
165 // Initiates a copy by creating a larger hti_t and installing it in <hti->next>.
166 static void hti_start_copy (hti_t *hti) {
167     TRACE("h0", "hti_start_copy(hti %p scale %llu)", hti, hti->scale);
168
169     // heuristics to determine the size of the new table
170     size_t count = ht_count(hti->ht);
171     unsigned int new_scale = hti->scale;
172     new_scale += (count > (1 << (new_scale - 2))); // double size if more than 1/4 full
173     new_scale += (count > (1 << (new_scale - 2))); // double size again if more than 1/2 full
174
175     // Allocate the new table and attempt to install it.
176     hti_t *next = hti_alloc(hti->ht, new_scale);
177     hti_t *old_next = SYNC_CAS(&hti->next, NULL, next);
178     if (old_next != NULL) {
179         // Another thread beat us to it.
180         TRACE("h0", "hti_start_copy: lost race to install new hti; found %p", old_next, 0);
181         nbd_free(next);
182         return;
183     }
184     TRACE("h0", "hti_start_copy: new hti %p scale %llu", next, next->scale);
185 }
186
187 // Copy the key and value stored in <ht1_ent> (which must be an entry in <ht1>) to <ht2>. 
188 //
189 // Return 1 unless <ht1_ent> is already copied (then return 0), so the caller can account for the total
190 // number of entries left to copy.
191 static int hti_copy_entry (hti_t *ht1, volatile entry_t *ht1_ent, uint32_t key_hash, hti_t *ht2) {
192     TRACE("h2", "hti_copy_entry: entry %p to table %p", ht1_ent, ht2);
193     assert(ht1);
194     assert(ht1->next);
195     assert(ht2);
196     assert(ht1_ent >= ht1->table && ht1_ent < ht1->table + (1 << ht1->scale));
197 #ifndef NBD32
198     assert(key_hash == 0 || ht1->ht->key_type == NULL || (key_hash >> 16) == (ht1_ent->key >> 48));
199 #endif
200
201     map_val_t ht1_ent_val = ht1_ent->val;
202     if (EXPECT_FALSE(ht1_ent_val == COPIED_VALUE || ht1_ent_val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1))) {
203         TRACE("h1", "hti_copy_entry: entry %p already copied to table %p", ht1_ent, ht2);
204         return FALSE; // already copied
205     }
206
207     // Kill empty entries.
208     if (EXPECT_FALSE(ht1_ent_val == DOES_NOT_EXIST)) {
209         map_val_t ht1_ent_val = SYNC_CAS(&ht1_ent->val, DOES_NOT_EXIST, COPIED_VALUE);
210         if (ht1_ent_val == DOES_NOT_EXIST) {
211             TRACE("h1", "hti_copy_entry: empty entry %p killed", ht1_ent, 0);
212             return TRUE;
213         }
214         TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to kill empty entry %p; the entry is not empty", ht1_ent, 0);
215     }
216
217     // Tag the value in the old entry to indicate a copy is in progress.
218     ht1_ent_val = SYNC_FETCH_AND_OR(&ht1_ent->val, TAG_VALUE(0, TAG1));
219     TRACE("h2", "hti_copy_entry: tagged the value %p in old entry %p", ht1_ent_val, ht1_ent);
220     if (ht1_ent_val == COPIED_VALUE || ht1_ent_val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)) {
221         TRACE("h1", "hti_copy_entry: entry %p already copied to table %p", ht1_ent, ht2);
222         return FALSE; // <value> was already copied by another thread.
223     }
224
225     // The old table's dead entries don't need to be copied to the new table
226     if (ht1_ent_val == TOMBSTONE)
227         return TRUE; 
228
229     // Install the key in the new table.
230     map_key_t ht1_ent_key = ht1_ent->key;
231     map_key_t key = (ht1->ht->key_type == NULL) ? (map_key_t)ht1_ent_key : (map_key_t)GET_PTR(ht1_ent_key);
232
233     // We use 0 to indicate that <key_hash> is uninitiallized. Occasionally the key's hash will really be 0 and we
234     // waste time recomputing it every time. It is rare enough that it won't hurt performance. 
235     if (key_hash == 0) { 
236         key_hash = (ht1->ht->key_type == NULL) 
237                  ? murmur32_8b(ht1_ent_key) 
238                  : ht1->ht->key_type->hash((void *)key);
239     }
240
241     int ht2_ent_is_empty;
242     volatile entry_t *ht2_ent = hti_lookup(ht2, key, key_hash, &ht2_ent_is_empty);
243     TRACE("h0", "hti_copy_entry: copy entry %p to entry %p", ht1_ent, ht2_ent);
244
245     // It is possible that there isn't any room in the new table either.
246     if (EXPECT_FALSE(ht2_ent == NULL)) {
247         TRACE("h0", "hti_copy_entry: no room in table %p copy to next table %p", ht2, ht2->next);
248         if (ht2->next == NULL) {
249             hti_start_copy(ht2); // initiate nested copy, if not already started
250         }
251         return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2->next); // recursive tail-call
252     }
253
254     if (ht2_ent_is_empty) {
255         map_key_t old_ht2_ent_key = SYNC_CAS(&ht2_ent->key, DOES_NOT_EXIST, ht1_ent_key);
256         if (old_ht2_ent_key != DOES_NOT_EXIST) {
257             TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to CAS key %p into new entry; found %p",
258                     ht1_ent_key, old_ht2_ent_key);
259             return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2); // recursive tail-call
260         }
261     }
262
263     // Copy the value to the entry in the new table.
264     ht1_ent_val = STRIP_TAG(ht1_ent_val, TAG1);
265     map_val_t old_ht2_ent_val = SYNC_CAS(&ht2_ent->val, DOES_NOT_EXIST, ht1_ent_val);
266
267     // If there is a nested copy in progress, we might have installed the key into a dead entry.
268     if (old_ht2_ent_val == COPIED_VALUE) {
269         TRACE("h0", "hti_copy_entry: nested copy in progress; copy %p to next table %p", ht2_ent, ht2->next);
270         return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2->next); // recursive tail-call
271     }
272
273     // Mark the old entry as dead.
274     ht1_ent->val = COPIED_VALUE;
275
276     // Update the count if we were the one that completed the copy.
277     if (old_ht2_ent_val == DOES_NOT_EXIST) {
278         TRACE("h0", "hti_copy_entry: key %p value %p copied to new entry", key, ht1_ent_val);
279         SYNC_ADD(&ht1->count, -1);
280         SYNC_ADD(&ht2->count, 1);
281         return TRUE;
282     }
283
284     TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to install value %p in new entry; found value %p", 
285                 ht1_ent_val, old_ht2_ent_val);
286     return FALSE; // another thread completed the copy
287 }
288
289 // Compare <expected> with the existing value associated with <key>. If the values match then 
290 // replace the existing value with <new>. If <new> is DOES_NOT_EXIST, delete the value associated with 
291 // the key by replacing it with a TOMBSTONE.
292 //
293 // Return the previous value associated with <key>, or DOES_NOT_EXIST if <key> is not in the table
294 // or associated with a TOMBSTONE. If a copy is in progress and <key> has been copied to the next 
295 // table then return COPIED_VALUE. 
296 //
297 // NOTE: the returned value matches <expected> iff the set succeeds
298 //
299 // Certain values of <expected> have special meaning. If <expected> is CAS_EXPECT_EXISTS then any 
300 // real value matches (i.ent. not a TOMBSTONE or DOES_NOT_EXIST) as long as <key> is in the table. If
301 // <expected> is CAS_EXPECT_WHATEVER then skip the test entirely.
302 //
303 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) {
304     TRACE("h1", "hti_cas: hti %p key %p", hti, key);
305     TRACE("h1", "hti_cas: value %p expect %p", new, expected);
306     assert(hti);
307     assert(!IS_TAGGED(new, TAG1));
308     assert(key);
309
310     int is_empty;
311     volatile entry_t *ent = hti_lookup(hti, key, key_hash, &is_empty);
312
313     // There is no room for <key>, grow the table and try again.
314     if (ent == NULL) {
315         if (hti->next == NULL) {
316             hti_start_copy(hti);
317         }
318         return COPIED_VALUE;
319     }
320
321     // Install <key> in the table if it doesn't exist.
322     if (is_empty) {
323         TRACE("h0", "hti_cas: entry %p is empty", ent, 0);
324         if (expected != CAS_EXPECT_WHATEVER && expected != CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST)
325             return DOES_NOT_EXIST;
326
327         // No need to do anything, <key> is already deleted.
328         if (new == DOES_NOT_EXIST)
329             return DOES_NOT_EXIST;
330
331         // Allocate <new_key>.
332         map_key_t new_key = (hti->ht->key_type == NULL) 
333                           ? (map_key_t)key 
334                           : (map_key_t)hti->ht->key_type->clone((void *)key);
335 #ifndef NBD32
336         if (EXPECT_FALSE(hti->ht->key_type != NULL)) {
337             // Combine <new_key> pointer with bits from its hash 
338             new_key = ((uint64_t)(key_hash >> 16) << 48) | new_key; 
339         }
340 #endif
341
342         // CAS the key into the table.
343         map_key_t old_ent_key = SYNC_CAS(&ent->key, DOES_NOT_EXIST, new_key);
344
345         // Retry if another thread stole the entry out from under us.
346         if (old_ent_key != DOES_NOT_EXIST) {
347             TRACE("h0", "hti_cas: lost race to install key %p in entry %p", new_key, ent);
348             TRACE("h0", "hti_cas: found %p instead of NULL", 
349                         (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)old_ent_key : GET_PTR(old_ent_key), 0);
350             if (hti->ht->key_type != NULL) {
351                 nbd_free(GET_PTR(new_key));
352             }
353             return hti_cas(hti, key, key_hash, expected, new); // tail-call
354         }
355         TRACE("h2", "hti_cas: installed key %p in entry %p", new_key, ent);
356     }
357
358     TRACE("h0", "hti_cas: entry for key %p is %p", 
359                 (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)ent->key : GET_PTR(ent->key), ent);
360
361     // If the entry is in the middle of a copy, the copy must be completed first.
362     map_val_t ent_val = ent->val;
363     if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(ent_val, TAG1))) {
364         if (ent_val != COPIED_VALUE && ent_val != TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)) {
365             int did_copy = hti_copy_entry(hti, ent, key_hash, ((volatile hti_t *)hti)->next);
366             if (did_copy) {
367                 SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, 1);
368             }
369             TRACE("h0", "hti_cas: value in the middle of a copy, copy completed by %s", 
370                         (did_copy ? "self" : "other"), 0);
371         }
372         TRACE("h0", "hti_cas: value copied to next table, retry on next table", 0, 0);
373         return COPIED_VALUE;
374     }
375
376     // Fail if the old value is not consistent with the caller's expectation.
377     int old_existed = (ent_val != TOMBSTONE && ent_val != DOES_NOT_EXIST);
378     if (EXPECT_FALSE(expected != CAS_EXPECT_WHATEVER && expected != ent_val)) {
379         if (EXPECT_FALSE(expected != (old_existed ? CAS_EXPECT_EXISTS : CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST))) {
380             TRACE("h1", "hti_cas: value %p expected by caller not found; found value %p",
381                         expected, ent_val);
382             return ent_val;
383         }
384     }
385
386     // No need to update if value is unchanged.
387     if ((new == DOES_NOT_EXIST && !old_existed) || ent_val == new) {
388         TRACE("h1", "hti_cas: old value and new value were the same", 0, 0);
389         return ent_val;
390     }
391
392     // CAS the value into the entry. Retry if it fails.
393     map_val_t v = SYNC_CAS(&ent->val, ent_val, new == DOES_NOT_EXIST ? TOMBSTONE : new);
394     if (EXPECT_FALSE(v != ent_val)) {
395         TRACE("h0", "hti_cas: value CAS failed; expected %p found %p", ent_val, v);
396         return hti_cas(hti, key, key_hash, expected, new); // recursive tail-call
397     }
398
399     // The set succeeded. Adjust the value count.
400     if (old_existed && new == DOES_NOT_EXIST) {
401         SYNC_ADD(&hti->count, -1);
402     } else if (!old_existed && new != DOES_NOT_EXIST) {
403         SYNC_ADD(&hti->count, 1);
404     }
405
406     // Return the previous value.
407     TRACE("h0", "hti_cas: CAS succeeded; old value %p new value %p", ent_val, new);
408     return ent_val;
409 }
410
411 //
412 static map_val_t hti_get (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash) {
413     int is_empty;
414     volatile entry_t *ent = hti_lookup(hti, key, key_hash, &is_empty);
415
416     // When hti_lookup() returns NULL it means we hit the reprobe limit while
417     // searching the table. In that case, if a copy is in progress the key 
418     // might exist in the copy.
419     if (EXPECT_FALSE(ent == NULL)) {
420         if (((volatile hti_t *)hti)->next != NULL)
421             return hti_get(hti->next, key, key_hash); // recursive tail-call
422         return DOES_NOT_EXIST;
423     }
424
425     if (is_empty)
426         return DOES_NOT_EXIST;
427
428     // If the entry is being copied, finish the copy and retry on the next table.
429     map_val_t ent_val = ent->val;
430     if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(ent_val, TAG1))) {
431         if (EXPECT_FALSE(ent_val != COPIED_VALUE && ent_val != TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1))) {
432             int did_copy = hti_copy_entry(hti, ent, key_hash, ((volatile hti_t *)hti)->next);
433             if (did_copy) {
434                 SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, 1);
435             }
436         }
437         return hti_get(((volatile hti_t *)hti)->next, key, key_hash); // tail-call
438     }
439
440     return (ent_val == TOMBSTONE) ? DOES_NOT_EXIST : ent_val;
441 }
442
443 //
444 map_val_t ht_get (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
445     uint32_t hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
446     return hti_get(ht->hti, key, hash);
447 }
448
449 // returns TRUE if copy is done
450 static int hti_help_copy (hti_t *hti) {
451     volatile entry_t *ent;
452     size_t limit; 
453     size_t total_copied = hti->num_entries_copied;
454     size_t num_copied = 0;
455     size_t x = hti->copy_scan; 
456
457     TRACE("h1", "ht_cas: help copy. scan is %llu, size is %llu", x, 1<<hti->scale);
458     if (total_copied != (1 << hti->scale)) {
459         // Panic if we've been around the array twice and still haven't finished the copy.
460         int panic = (x >= (1 << (hti->scale + 1))); 
461         if (!panic) {
462             limit = ENTRIES_PER_COPY_CHUNK;
463
464             // Reserve some entries for this thread to copy. There is a race condition here because the
465             // fetch and add isn't atomic, but that is ok.
466             hti->copy_scan = x + ENTRIES_PER_COPY_CHUNK; 
467
468             // <copy_scan> might be larger than the size of the table, if some thread stalls while 
469             // copying. In that case we just wrap around to the begining and make another pass through
470             // the table.
471             ent = hti->table + (x & MASK(hti->scale));
472         } else {
473             TRACE("h1", "ht_cas: help copy panic", 0, 0);
474             // scan the whole table
475             ent = hti->table;
476             limit = (1 << hti->scale);
477         }
478
479         // Copy the entries
480         for (int i = 0; i < limit; ++i) {
481             num_copied += hti_copy_entry(hti, ent++, 0, hti->next);
482             assert(ent <= hti->table + (1 << hti->scale));
483         }
484         if (num_copied != 0) {
485             total_copied = SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, num_copied);
486         }
487     }
488
489     return (total_copied == (1 << hti->scale));
490 }
491
492 static void hti_defer_free (hti_t *hti) {
493     assert(hti->ref_count == 0);
494
495     for (uint32_t i = 0; i < (1 << hti->scale); ++i) {
496         map_key_t key = hti->table[i].key;
497         map_val_t val = hti->table[i].val;
498         if (val == COPIED_VALUE)
499             continue;
500         assert(!IS_TAGGED(val, TAG1) || val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)); // copy not in progress
501         if (hti->ht->key_type != NULL && key != DOES_NOT_EXIST) {
502             rcu_defer_free(GET_PTR(key));
503         }
504     }
505     rcu_defer_free((void *)hti->table);
506     rcu_defer_free(hti);
507 }
508
509 static void hti_release (hti_t *hti) {
510     assert(hti->ref_count > 0);
511     int ref_count = SYNC_ADD(&hti->ref_count, -1);
512     if (ref_count == 0) {
513         hti_defer_free(hti);
514     }
515 }
516
517 //
518 map_val_t ht_cas (hashtable_t *ht, map_key_t key, map_val_t expected_val, map_val_t new_val) {
519
520     TRACE("h2", "ht_cas: key %p ht %p", key, ht);
521     TRACE("h2", "ht_cas: expected val %p new val %p", expected_val, new_val);
522     assert(key != DOES_NOT_EXIST);
523     assert(!IS_TAGGED(new_val, TAG1) && new_val != DOES_NOT_EXIST && new_val != TOMBSTONE);
524
525     hti_t *hti = ht->hti;
526
527     // Help with an ongoing copy.
528     if (EXPECT_FALSE(hti->next != NULL)) {
529         int done = hti_help_copy(hti);
530
531         // Unlink fully copied tables.
532         if (done) {
533             assert(hti->next);
534             if (SYNC_CAS(&ht->hti, hti, hti->next) == hti) {
535                 hti_release(hti);
536             }
537         }
538     }
539
540     map_val_t old_val;
541     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
542     while ((old_val = hti_cas(hti, key, key_hash, expected_val, new_val)) == COPIED_VALUE) {
543         assert(hti->next);
544         hti = hti->next;
545     }
546
547     return old_val == TOMBSTONE ? DOES_NOT_EXIST : old_val;
548 }
549
550 // Remove the value in <ht> associated with <key>. Returns the value removed, or DOES_NOT_EXIST if there was
551 // no value for that key.
552 map_val_t ht_remove (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
553     hti_t *hti = ht->hti;
554     map_val_t val;
555     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
556     do {
557         val = hti_cas(hti, key, key_hash, CAS_EXPECT_WHATEVER, DOES_NOT_EXIST);
558         if (val != COPIED_VALUE)
559             return val == TOMBSTONE ? DOES_NOT_EXIST : val;
560         assert(hti->next);
561         hti = hti->next;
562         assert(hti);
563     } while (1);
564 }
565
566 // Returns the number of key-values pairs in <ht>
567 size_t ht_count (hashtable_t *ht) {
568     hti_t *hti = ht->hti;
569     size_t count = 0;
570     while (hti) {
571         count += hti->count;
572         hti = hti->next; 
573     }
574     return count;
575 }
576
577 // Allocate and initialize a new hash table.
578 hashtable_t *ht_alloc (const datatype_t *key_type) {
579     hashtable_t *ht = nbd_malloc(sizeof(hashtable_t));
580     ht->key_type = key_type;
581     ht->hti = (hti_t *)hti_alloc(ht, MIN_SCALE);
582     return ht;
583 }
584
585 // Free <ht> and its internal structures.
586 void ht_free (hashtable_t *ht) {
587     hti_t *hti = ht->hti;
588     do {
589         hti_t *next = hti->next;
590         assert(hti->ref_count == 1);
591         hti_release(hti);
592         hti = next;
593     } while (hti);
594     nbd_free(ht);
595 }
596
597 void ht_print (hashtable_t *ht) {
598     hti_t *hti = ht->hti;
599     while (hti) {
600         printf("hti:%p scale:%u count:%d copied:%d\n", hti, hti->scale, hti->count, hti->num_entries_copied);
601         for (int i = 0; i < (1 << hti->scale); ++i) {
602             volatile entry_t *ent = hti->table + i;
603             printf("[0x%x] 0x%llx:0x%llx\n", i, (uint64_t)ent->key, (uint64_t)ent->val);
604             if (i > 30) {
605                 printf("...\n");
606                 break;
607             }
608         }
609         hti = hti->next;
610     }
611 }
612
613 ht_iter_t *ht_iter_begin (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
614     hti_t *hti;
615     int ref_count;
616     do {
617         hti = ht->hti;
618         while (hti->next != NULL) {
619             do { } while (hti_help_copy(hti) != TRUE);
620             hti = hti->next;
621         }
622         do {
623             ref_count = hti->ref_count;
624             if(ref_count == 0)
625                 break;
626         } while (ref_count != SYNC_CAS(&hti->ref_count, ref_count, ref_count + 1));
627     } while (ref_count == 0);
628
629     ht_iter_t *iter = nbd_malloc(sizeof(ht_iter_t));
630     iter->hti = hti;
631     iter->idx = -1;
632
633     return iter;
634 }
635
636 map_val_t ht_iter_next (ht_iter_t *iter, map_key_t *key_ptr) {
637     volatile entry_t *ent;
638     map_key_t key;
639     map_val_t val;
640     size_t table_size = (1 << iter->hti->scale);
641     do {
642         iter->idx++;
643         if (iter->idx == table_size) {
644             return DOES_NOT_EXIST;
645         }
646         ent = &iter->hti->table[iter->idx];
647         key = (iter->hti->ht->key_type == NULL) ? (map_key_t)ent->key : (map_key_t)GET_PTR(ent->key);
648         val = ent->val;
649
650     } while (key == DOES_NOT_EXIST || val == DOES_NOT_EXIST || val == TOMBSTONE);
651
652     if (key_ptr) {
653         *key_ptr = key;
654     }
655     if (val == COPIED_VALUE) {
656         uint32_t hash = (iter->hti->ht->key_type == NULL) 
657                       ? murmur32_8b((uint64_t)key)
658                       : iter->hti->ht->key_type->hash((void *)key);
659         val = hti_get(iter->hti->next, (map_key_t)ent->key, hash);
660     } 
661
662     return val;
663 }
664
665 void ht_iter_free (ht_iter_t *iter) {
666     hti_release(iter->hti);
667     nbd_free(iter);
668 }