]> pd.if.org Git - nbds/blob - map/hashtable.c
Bug fix in ht_iter_next() from Rui Ueyama
[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  * 11FebO9 - Bug fix in ht_iter_next() from Rui Ueyama
15  */
16
17 #include <stdio.h>
18 #include "common.h"
19 #include "murmur.h"
20 #include "mem.h"
21 #include "rcu.h"
22 #include "hashtable.h"
23
24 #ifndef NBD32
25 #define GET_PTR(x) ((void *)((x) & MASK(48))) // low-order 48 bits is a pointer to a nstring_t
26 #else
27 #define GET_PTR(x) ((void *)(x))
28 #endif
29
30 typedef struct entry {
31     map_key_t key;
32     map_val_t val;
33 } entry_t;
34
35 typedef struct hti {
36     volatile entry_t *table;
37     hashtable_t *ht; // parent ht;
38     struct hti *next;
39 #ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
40     void *unaligned_table_ptr; // system malloc doesn't guarentee cache-line alignment
41 #endif
42     unsigned scale;
43     int max_probe;
44     int ref_count;
45     int count; // TODO: make these counters distributed
46     int num_entries_copied;
47     int copy_scan;
48 } hti_t;
49
50 struct ht_iter {
51     hti_t *  hti;
52     int64_t  idx;
53 };
54
55 struct ht {
56     hti_t *hti;
57     const datatype_t *key_type;
58 };
59
60 static const map_val_t COPIED_VALUE           = TAG_VALUE(DOES_NOT_EXIST, TAG1);
61 static const map_val_t TOMBSTONE              = STRIP_TAG(-1, TAG1);
62
63 static const unsigned ENTRIES_PER_BUCKET     = CACHE_LINE_SIZE/sizeof(entry_t);
64 static const unsigned ENTRIES_PER_COPY_CHUNK = CACHE_LINE_SIZE/sizeof(entry_t)*2;
65 static const unsigned MIN_SCALE              = 4; // min 16 entries (4 buckets)
66 static const unsigned MAX_BUCKETS_TO_PROBE   = 250;
67
68 static int hti_copy_entry (hti_t *ht1, volatile entry_t *ent, uint32_t ent_key_hash, hti_t *ht2);
69
70 // Choose the next bucket to probe using the high-order bits of <key_hash>.
71 static inline int get_next_ndx(int old_ndx, uint32_t key_hash, int ht_scale) {
72     int incr = (key_hash >> (32 - ht_scale));
73     incr += !incr; // If the increment is 0, make it 1.
74     return (old_ndx + incr) & MASK(ht_scale);
75 }
76
77 // Lookup <key> in <hti>. 
78 //
79 // Return the entry that <key> is in, or if <key> isn't in <hti> return the entry that it would be 
80 // in if it were inserted into <hti>. If there is no room for <key> in <hti> then return NULL, to 
81 // indicate that the caller should look in <hti->next>.
82 //
83 // Record if the entry being returned is empty. Otherwise the caller will have to waste time 
84 // re-comparing the keys to confirm that it did not lose a race to fill an empty entry.
85 static volatile entry_t *hti_lookup (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash, int *is_empty) {
86     TRACE("h2", "hti_lookup(key %p in hti %p)", key, hti);
87     *is_empty = 0;
88
89     // Probe one cache line at a time
90     int ndx = key_hash & MASK(hti->scale); // the first entry to search
91     for (int i = 0; i < hti->max_probe; ++i) {
92
93         // The start of the bucket is the first entry in the cache line.
94         volatile entry_t *bucket = hti->table + (ndx & ~(ENTRIES_PER_BUCKET-1)); 
95
96         // Start searching at the indexed entry. Then loop around to the begining of the cache line.
97         for (int j = 0; j < ENTRIES_PER_BUCKET; ++j) {
98             volatile entry_t *ent = bucket + ((ndx + j) & (ENTRIES_PER_BUCKET-1));
99
100             map_key_t ent_key = ent->key;
101             if (ent_key == DOES_NOT_EXIST) {
102                 TRACE("h1", "hti_lookup: entry %p for key %p is empty", ent, 
103                             (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)key : GET_PTR(key));
104                 *is_empty = 1; // indicate an empty so the caller avoids an expensive key compare
105                 return ent;
106             }
107
108             // Compare <key> with the key in the entry. 
109             if (EXPECT_TRUE(hti->ht->key_type == NULL)) {
110                 // fast path for integer keys
111                 if (ent_key == key) {
112                     TRACE("h1", "hti_lookup: found entry %p with key %p", ent, ent_key);
113                     return ent;
114                 }
115             } else {
116 #ifndef NBD32
117                 // The key in <ent> is made up of two parts. The 48 low-order bits are a pointer. The
118                 // high-order 16 bits are taken from the hash. The bits from the hash are used as a
119                 // quick check to rule out non-equal keys without doing a complete compare.
120                 if ((key_hash >> 16) == (ent_key >> 48)) {
121 #endif
122                     if (hti->ht->key_type->cmp(GET_PTR(ent_key), (void *)key) == 0) {
123                         TRACE("h1", "hti_lookup: found entry %p with key %p", ent, GET_PTR(ent_key));
124                         return ent;
125 #ifndef NBD32
126                     }
127 #endif
128                 }
129             }
130         }
131
132         ndx = get_next_ndx(ndx, key_hash, hti->scale);
133     }
134
135     // maximum number of probes exceeded
136     TRACE("h1", "hti_lookup: maximum number of probes exceeded returning 0x0", 0, 0);
137     return NULL;
138 }
139
140 // Allocate and initialize a hti_t with 2^<scale> entries.
141 static hti_t *hti_alloc (hashtable_t *parent, int scale) {
142     hti_t *hti = (hti_t *)nbd_malloc(sizeof(hti_t));
143     memset(hti, 0, sizeof(hti_t));
144     hti->scale = scale;
145
146     size_t sz = sizeof(entry_t) * (1 << scale);
147 #ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
148     hti->unaligned_table_ptr = nbd_malloc(sz + CACHE_LINE_SIZE - 1);
149     hti->table = (void *)(((size_t)hti->unaligned_table_ptr + CACHE_LINE_SIZE - 1) & ~(CACHE_LINE_SIZE - 1));
150 #else
151     hti->table = nbd_malloc(sz);
152 #endif
153     memset((void *)hti->table, 0, sz);
154
155     // When searching for a key probe a maximum of 1/4 of the buckets up to 1000 buckets.
156     hti->max_probe = ((1 << (hti->scale - 2)) / ENTRIES_PER_BUCKET) + 4;
157     if (hti->max_probe > MAX_BUCKETS_TO_PROBE) {
158         hti->max_probe = MAX_BUCKETS_TO_PROBE;
159     }
160
161     hti->ht = parent;
162     hti->ref_count = 1; // one for the parent
163
164     assert(hti->scale >= MIN_SCALE && hti->scale < 63); // size must be a power of 2
165     assert(sizeof(entry_t) * ENTRIES_PER_BUCKET % CACHE_LINE_SIZE == 0); // divisible into cache
166     assert((size_t)hti->table % CACHE_LINE_SIZE == 0); // cache aligned
167
168     return hti;
169 }
170
171 // Called when <hti> runs out of room for new keys.
172 //
173 // Initiates a copy by creating a larger hti_t and installing it in <hti->next>.
174 static void hti_start_copy (hti_t *hti) {
175     TRACE("h0", "hti_start_copy(hti %p scale %llu)", hti, hti->scale);
176
177     // heuristics to determine the size of the new table
178     size_t count = ht_count(hti->ht);
179     unsigned int new_scale = hti->scale;
180     new_scale += (count > (1 << (new_scale - 2))); // double size if more than 1/4 full
181     new_scale += (count > (1 << (new_scale - 2))); // double size again if more than 1/2 full
182
183     // Allocate the new table and attempt to install it.
184     hti_t *next = hti_alloc(hti->ht, new_scale);
185     hti_t *old_next = SYNC_CAS(&hti->next, NULL, next);
186     if (old_next != NULL) {
187         // Another thread beat us to it.
188         TRACE("h0", "hti_start_copy: lost race to install new hti; found %p", old_next, 0);
189 #ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
190         nbd_free(next->unaligned_table_ptr);
191 #else
192         nbd_free((void *)next->table);
193 #endif
194         return;
195     }
196     TRACE("h0", "hti_start_copy: new hti %p scale %llu", next, next->scale);
197 }
198
199 // Copy the key and value stored in <ht1_ent> (which must be an entry in <ht1>) to <ht2>. 
200 //
201 // Return 1 unless <ht1_ent> is already copied (then return 0), so the caller can account for the total
202 // number of entries left to copy.
203 static int hti_copy_entry (hti_t *ht1, volatile entry_t *ht1_ent, uint32_t key_hash, hti_t *ht2) {
204     TRACE("h2", "hti_copy_entry: entry %p to table %p", ht1_ent, ht2);
205     assert(ht1);
206     assert(ht1->next);
207     assert(ht2);
208     assert(ht1_ent >= ht1->table && ht1_ent < ht1->table + (1 << ht1->scale));
209 #ifndef NBD32
210     assert(key_hash == 0 || ht1->ht->key_type == NULL || (key_hash >> 16) == (ht1_ent->key >> 48));
211 #endif
212
213     map_val_t ht1_ent_val = ht1_ent->val;
214     if (EXPECT_FALSE(ht1_ent_val == COPIED_VALUE || ht1_ent_val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1))) {
215         TRACE("h1", "hti_copy_entry: entry %p already copied to table %p", ht1_ent, ht2);
216         return FALSE; // already copied
217     }
218
219     // Kill empty entries.
220     if (EXPECT_FALSE(ht1_ent_val == DOES_NOT_EXIST)) {
221         map_val_t ht1_ent_val = SYNC_CAS(&ht1_ent->val, DOES_NOT_EXIST, COPIED_VALUE);
222         if (ht1_ent_val == DOES_NOT_EXIST) {
223             TRACE("h1", "hti_copy_entry: empty entry %p killed", ht1_ent, 0);
224             return TRUE;
225         }
226         TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to kill empty entry %p; the entry is not empty", ht1_ent, 0);
227     }
228
229     // Tag the value in the old entry to indicate a copy is in progress.
230     ht1_ent_val = SYNC_FETCH_AND_OR(&ht1_ent->val, TAG_VALUE(0, TAG1));
231     TRACE("h2", "hti_copy_entry: tagged the value %p in old entry %p", ht1_ent_val, ht1_ent);
232     if (ht1_ent_val == COPIED_VALUE || ht1_ent_val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)) {
233         TRACE("h1", "hti_copy_entry: entry %p already copied to table %p", ht1_ent, ht2);
234         return FALSE; // <value> was already copied by another thread.
235     }
236
237     // The old table's dead entries don't need to be copied to the new table
238     if (ht1_ent_val == TOMBSTONE)
239         return TRUE; 
240
241     // Install the key in the new table.
242     map_key_t ht1_ent_key = ht1_ent->key;
243     map_key_t key = (ht1->ht->key_type == NULL) ? (map_key_t)ht1_ent_key : (map_key_t)GET_PTR(ht1_ent_key);
244
245     // We use 0 to indicate that <key_hash> is uninitiallized. Occasionally the key's hash will really be 0 and we
246     // waste time recomputing it every time. It is rare enough that it won't hurt performance. 
247     if (key_hash == 0) { 
248 #ifdef NBD32
249         key_hash = (ht1->ht->key_type == NULL) ? murmur32_4b(ht1_ent_key) : ht1->ht->key_type->hash((void *)key);
250 #else
251         key_hash = (ht1->ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b(ht1_ent_key) : ht1->ht->key_type->hash((void *)key);
252 #endif
253     }
254
255     int ht2_ent_is_empty;
256     volatile entry_t *ht2_ent = hti_lookup(ht2, key, key_hash, &ht2_ent_is_empty);
257     TRACE("h0", "hti_copy_entry: copy entry %p to entry %p", ht1_ent, ht2_ent);
258
259     // It is possible that there isn't any room in the new table either.
260     if (EXPECT_FALSE(ht2_ent == NULL)) {
261         TRACE("h0", "hti_copy_entry: no room in table %p copy to next table %p", ht2, ht2->next);
262         if (ht2->next == NULL) {
263             hti_start_copy(ht2); // initiate nested copy, if not already started
264         }
265         return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2->next); // recursive tail-call
266     }
267
268     if (ht2_ent_is_empty) {
269         map_key_t old_ht2_ent_key = SYNC_CAS(&ht2_ent->key, DOES_NOT_EXIST, ht1_ent_key);
270         if (old_ht2_ent_key != DOES_NOT_EXIST) {
271             TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to CAS key %p into new entry; found %p",
272                     ht1_ent_key, old_ht2_ent_key);
273             return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2); // recursive tail-call
274         }
275     }
276
277     // Copy the value to the entry in the new table.
278     ht1_ent_val = STRIP_TAG(ht1_ent_val, TAG1);
279     map_val_t old_ht2_ent_val = SYNC_CAS(&ht2_ent->val, DOES_NOT_EXIST, ht1_ent_val);
280
281     // If there is a nested copy in progress, we might have installed the key into a dead entry.
282     if (old_ht2_ent_val == COPIED_VALUE) {
283         TRACE("h0", "hti_copy_entry: nested copy in progress; copy %p to next table %p", ht2_ent, ht2->next);
284         return hti_copy_entry(ht1, ht1_ent, key_hash, ht2->next); // recursive tail-call
285     }
286
287     // Mark the old entry as dead.
288     ht1_ent->val = COPIED_VALUE;
289
290     // Update the count if we were the one that completed the copy.
291     if (old_ht2_ent_val == DOES_NOT_EXIST) {
292         TRACE("h0", "hti_copy_entry: key %p value %p copied to new entry", key, ht1_ent_val);
293         (void)SYNC_ADD(&ht1->count, -1);
294         (void)SYNC_ADD(&ht2->count, 1);
295         return TRUE;
296     }
297
298     TRACE("h0", "hti_copy_entry: lost race to install value %p in new entry; found value %p", 
299                 ht1_ent_val, old_ht2_ent_val);
300     return FALSE; // another thread completed the copy
301 }
302
303 // Compare <expected> with the existing value associated with <key>. If the values match then 
304 // replace the existing value with <new>. If <new> is DOES_NOT_EXIST, delete the value associated with 
305 // the key by replacing it with a TOMBSTONE.
306 //
307 // Return the previous value associated with <key>, or DOES_NOT_EXIST if <key> is not in the table
308 // or associated with a TOMBSTONE. If a copy is in progress and <key> has been copied to the next 
309 // table then return COPIED_VALUE. 
310 //
311 // NOTE: the returned value matches <expected> iff the set succeeds
312 //
313 // Certain values of <expected> have special meaning. If <expected> is CAS_EXPECT_EXISTS then any 
314 // real value matches (i.ent. not a TOMBSTONE or DOES_NOT_EXIST) as long as <key> is in the table. If
315 // <expected> is CAS_EXPECT_WHATEVER then skip the test entirely.
316 //
317 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) {
318     TRACE("h1", "hti_cas: hti %p key %p", hti, key);
319     TRACE("h1", "hti_cas: value %p expect %p", new, expected);
320     assert(hti);
321     assert(!IS_TAGGED(new, TAG1));
322     assert(key);
323
324     int is_empty;
325     volatile entry_t *ent = hti_lookup(hti, key, key_hash, &is_empty);
326
327     // There is no room for <key>, grow the table and try again.
328     if (ent == NULL) {
329         if (hti->next == NULL) {
330             hti_start_copy(hti);
331         }
332         return COPIED_VALUE;
333     }
334
335     // Install <key> in the table if it doesn't exist.
336     if (is_empty) {
337         TRACE("h0", "hti_cas: entry %p is empty", ent, 0);
338         if (expected != CAS_EXPECT_WHATEVER && expected != CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST)
339             return DOES_NOT_EXIST;
340
341         // No need to do anything, <key> is already deleted.
342         if (new == DOES_NOT_EXIST)
343             return DOES_NOT_EXIST;
344
345         // Allocate <new_key>.
346         map_key_t new_key = (hti->ht->key_type == NULL) 
347                           ? (map_key_t)key 
348                           : (map_key_t)hti->ht->key_type->clone((void *)key);
349 #ifndef NBD32
350         if (EXPECT_FALSE(hti->ht->key_type != NULL)) {
351             // Combine <new_key> pointer with bits from its hash 
352             new_key = ((uint64_t)(key_hash >> 16) << 48) | new_key; 
353         }
354 #endif
355
356         // CAS the key into the table.
357         map_key_t old_ent_key = SYNC_CAS(&ent->key, DOES_NOT_EXIST, new_key);
358
359         // Retry if another thread stole the entry out from under us.
360         if (old_ent_key != DOES_NOT_EXIST) {
361             TRACE("h0", "hti_cas: lost race to install key %p in entry %p", new_key, ent);
362             TRACE("h0", "hti_cas: found %p instead of NULL", 
363                         (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)old_ent_key : GET_PTR(old_ent_key), 0);
364             if (hti->ht->key_type != NULL) {
365                 nbd_free(GET_PTR(new_key));
366             }
367             return hti_cas(hti, key, key_hash, expected, new); // tail-call
368         }
369         TRACE("h2", "hti_cas: installed key %p in entry %p", new_key, ent);
370     }
371
372     TRACE("h0", "hti_cas: entry for key %p is %p", 
373                 (hti->ht->key_type == NULL) ? (void *)ent->key : GET_PTR(ent->key), ent);
374
375     // If the entry is in the middle of a copy, the copy must be completed first.
376     map_val_t ent_val = ent->val;
377     if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(ent_val, TAG1))) {
378         if (ent_val != COPIED_VALUE && ent_val != TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)) {
379             int did_copy = hti_copy_entry(hti, ent, key_hash, VOLATILE_DEREF(hti).next);
380             if (did_copy) {
381                 (void)SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, 1);
382             }
383             TRACE("h0", "hti_cas: value in the middle of a copy, copy completed by %s", 
384                         (did_copy ? "self" : "other"), 0);
385         }
386         TRACE("h0", "hti_cas: value copied to next table, retry on next table", 0, 0);
387         return COPIED_VALUE;
388     }
389
390     // Fail if the old value is not consistent with the caller's expectation.
391     int old_existed = (ent_val != TOMBSTONE && ent_val != DOES_NOT_EXIST);
392     if (EXPECT_FALSE(expected != CAS_EXPECT_WHATEVER && expected != ent_val)) {
393         if (EXPECT_FALSE(expected != (old_existed ? CAS_EXPECT_EXISTS : CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST))) {
394             TRACE("h1", "hti_cas: value %p expected by caller not found; found value %p",
395                         expected, ent_val);
396             return ent_val;
397         }
398     }
399
400     // No need to update if value is unchanged.
401     if ((new == DOES_NOT_EXIST && !old_existed) || ent_val == new) {
402         TRACE("h1", "hti_cas: old value and new value were the same", 0, 0);
403         return ent_val;
404     }
405
406     // CAS the value into the entry. Retry if it fails.
407     map_val_t v = SYNC_CAS(&ent->val, ent_val, new == DOES_NOT_EXIST ? TOMBSTONE : new);
408     if (EXPECT_FALSE(v != ent_val)) {
409         TRACE("h0", "hti_cas: value CAS failed; expected %p found %p", ent_val, v);
410         return hti_cas(hti, key, key_hash, expected, new); // recursive tail-call
411     }
412
413     // The set succeeded. Adjust the value count.
414     if (old_existed && new == DOES_NOT_EXIST) {
415         (void)SYNC_ADD(&hti->count, -1);
416     } else if (!old_existed && new != DOES_NOT_EXIST) {
417         (void)SYNC_ADD(&hti->count, 1);
418     }
419
420     // Return the previous value.
421     TRACE("h0", "hti_cas: CAS succeeded; old value %p new value %p", ent_val, new);
422     return ent_val;
423 }
424
425 //
426 static map_val_t hti_get (hti_t *hti, map_key_t key, uint32_t key_hash) {
427     int is_empty;
428     volatile entry_t *ent = hti_lookup(hti, key, key_hash, &is_empty);
429
430     // When hti_lookup() returns NULL it means we hit the reprobe limit while
431     // searching the table. In that case, if a copy is in progress the key 
432     // might exist in the copy.
433     if (EXPECT_FALSE(ent == NULL)) {
434         if (VOLATILE_DEREF(hti).next != NULL)
435             return hti_get(hti->next, key, key_hash); // recursive tail-call
436         return DOES_NOT_EXIST;
437     }
438
439     if (is_empty)
440         return DOES_NOT_EXIST;
441
442     // If the entry is being copied, finish the copy and retry on the next table.
443     map_val_t ent_val = ent->val;
444     if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(ent_val, TAG1))) {
445         if (EXPECT_FALSE(ent_val != COPIED_VALUE && ent_val != TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1))) {
446             int did_copy = hti_copy_entry(hti, ent, key_hash, VOLATILE_DEREF(hti).next);
447             if (did_copy) {
448                 (void)SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, 1);
449             }
450         }
451         return hti_get(VOLATILE_DEREF(hti).next, key, key_hash); // tail-call
452     }
453
454     return (ent_val == TOMBSTONE) ? DOES_NOT_EXIST : ent_val;
455 }
456
457 //
458 map_val_t ht_get (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
459 #ifdef NBD32
460     uint32_t hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_4b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
461 #else
462     uint32_t hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
463 #endif
464     return hti_get(ht->hti, key, hash);
465 }
466
467 // returns TRUE if copy is done
468 static int hti_help_copy (hti_t *hti) {
469     volatile entry_t *ent;
470     size_t limit; 
471     size_t total_copied = hti->num_entries_copied;
472     size_t num_copied = 0;
473     size_t x = hti->copy_scan; 
474
475     TRACE("h1", "ht_cas: help copy. scan is %llu, size is %llu", x, 1<<hti->scale);
476     if (total_copied != (1 << hti->scale)) {
477         // Panic if we've been around the array twice and still haven't finished the copy.
478         int panic = (x >= (1 << (hti->scale + 1))); 
479         if (!panic) {
480             limit = ENTRIES_PER_COPY_CHUNK;
481
482             // Reserve some entries for this thread to copy. There is a race condition here because the
483             // fetch and add isn't atomic, but that is ok.
484             hti->copy_scan = x + ENTRIES_PER_COPY_CHUNK; 
485
486             // <copy_scan> might be larger than the size of the table, if some thread stalls while 
487             // copying. In that case we just wrap around to the begining and make another pass through
488             // the table.
489             ent = hti->table + (x & MASK(hti->scale));
490         } else {
491             TRACE("h1", "ht_cas: help copy panic", 0, 0);
492             // scan the whole table
493             ent = hti->table;
494             limit = (1 << hti->scale);
495         }
496
497         // Copy the entries
498         for (int i = 0; i < limit; ++i) {
499             num_copied += hti_copy_entry(hti, ent++, 0, hti->next);
500             assert(ent <= hti->table + (1 << hti->scale));
501         }
502         if (num_copied != 0) {
503             total_copied = SYNC_ADD(&hti->num_entries_copied, num_copied);
504         }
505     }
506
507     return (total_copied == (1 << hti->scale));
508 }
509
510 static void hti_defer_free (hti_t *hti) {
511     assert(hti->ref_count == 0);
512
513     for (uint32_t i = 0; i < (1 << hti->scale); ++i) {
514         map_key_t key = hti->table[i].key;
515         map_val_t val = hti->table[i].val;
516         if (val == COPIED_VALUE)
517             continue;
518         assert(!IS_TAGGED(val, TAG1) || val == TAG_VALUE(TOMBSTONE, TAG1)); // copy not in progress
519         if (hti->ht->key_type != NULL && key != DOES_NOT_EXIST) {
520             rcu_defer_free(GET_PTR(key));
521         }
522     }
523 #ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
524     rcu_defer_free(hti->unaligned_table_ptr);
525 #else
526     rcu_defer_free((void *)hti->table);
527 #endif
528     rcu_defer_free(hti);
529 }
530
531 static void hti_release (hti_t *hti) {
532     assert(hti->ref_count > 0);
533     int ref_count = SYNC_ADD(&hti->ref_count, -1);
534     if (ref_count == 0) {
535         hti_defer_free(hti);
536     }
537 }
538
539 //
540 map_val_t ht_cas (hashtable_t *ht, map_key_t key, map_val_t expected_val, map_val_t new_val) {
541
542     TRACE("h2", "ht_cas: key %p ht %p", key, ht);
543     TRACE("h2", "ht_cas: expected val %p new val %p", expected_val, new_val);
544     assert(key != DOES_NOT_EXIST);
545     assert(!IS_TAGGED(new_val, TAG1) && new_val != DOES_NOT_EXIST && new_val != TOMBSTONE);
546
547     hti_t *hti = ht->hti;
548
549     // Help with an ongoing copy.
550     if (EXPECT_FALSE(hti->next != NULL)) {
551         int done = hti_help_copy(hti);
552
553         // Unlink fully copied tables.
554         if (done) {
555             assert(hti->next);
556             if (SYNC_CAS(&ht->hti, hti, hti->next) == hti) {
557                 hti_release(hti);
558             }
559         }
560     }
561
562     map_val_t old_val;
563 #ifdef NBD32
564     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_4b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
565 #else
566     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
567 #endif
568     while ((old_val = hti_cas(hti, key, key_hash, expected_val, new_val)) == COPIED_VALUE) {
569         assert(hti->next);
570         hti = hti->next;
571     }
572
573     return old_val == TOMBSTONE ? DOES_NOT_EXIST : old_val;
574 }
575
576 // Remove the value in <ht> associated with <key>. Returns the value removed, or DOES_NOT_EXIST if there was
577 // no value for that key.
578 map_val_t ht_remove (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
579     hti_t *hti = ht->hti;
580     map_val_t val;
581 #ifdef NBD32
582     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_4b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
583 #else
584     uint32_t key_hash = (ht->key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : ht->key_type->hash((void *)key);
585 #endif
586     do {
587         val = hti_cas(hti, key, key_hash, CAS_EXPECT_WHATEVER, DOES_NOT_EXIST);
588         if (val != COPIED_VALUE)
589             return val == TOMBSTONE ? DOES_NOT_EXIST : val;
590         assert(hti->next);
591         hti = hti->next;
592         assert(hti);
593     } while (1);
594 }
595
596 // Returns the number of key-values pairs in <ht>
597 size_t ht_count (hashtable_t *ht) {
598     hti_t *hti = ht->hti;
599     size_t count = 0;
600     while (hti) {
601         count += hti->count;
602         hti = hti->next; 
603     }
604     return count;
605 }
606
607 // Allocate and initialize a new hash table.
608 hashtable_t *ht_alloc (const datatype_t *key_type) {
609     hashtable_t *ht = nbd_malloc(sizeof(hashtable_t));
610     ht->key_type = key_type;
611     ht->hti = (hti_t *)hti_alloc(ht, MIN_SCALE);
612     return ht;
613 }
614
615 // Free <ht> and its internal structures.
616 void ht_free (hashtable_t *ht) {
617     hti_t *hti = ht->hti;
618     do {
619         hti_t *next = hti->next;
620         assert(hti->ref_count == 1);
621         hti_release(hti);
622         hti = next;
623     } while (hti);
624     nbd_free(ht);
625 }
626
627 void ht_print (hashtable_t *ht) {
628     hti_t *hti = ht->hti;
629     while (hti) {
630         printf("hti:%p scale:%u count:%d copied:%d\n", hti, hti->scale, hti->count, hti->num_entries_copied);
631         for (int i = 0; i < (1 << hti->scale); ++i) {
632             volatile entry_t *ent = hti->table + i;
633             printf("[0x%x] 0x%llx:0x%llx\n", i, (uint64_t)ent->key, (uint64_t)ent->val);
634             if (i > 30) {
635                 printf("...\n");
636                 break;
637             }
638         }
639         hti = hti->next;
640     }
641 }
642
643 ht_iter_t *ht_iter_begin (hashtable_t *ht, map_key_t key) {
644     hti_t *hti;
645     int ref_count;
646     do {
647         hti = ht->hti;
648         while (hti->next != NULL) {
649             do { } while (hti_help_copy(hti) != TRUE);
650             hti = hti->next;
651         }
652         do {
653             ref_count = hti->ref_count;
654             if(ref_count == 0)
655                 break;
656         } while (ref_count != SYNC_CAS(&hti->ref_count, ref_count, ref_count + 1));
657     } while (ref_count == 0);
658
659     ht_iter_t *iter = nbd_malloc(sizeof(ht_iter_t));
660     iter->hti = hti;
661     iter->idx = -1;
662
663     return iter;
664 }
665
666 map_val_t ht_iter_next (ht_iter_t *iter, map_key_t *key_ptr) {
667     volatile entry_t *ent;
668     map_key_t key;
669     map_val_t val;
670     size_t table_size = (1 << iter->hti->scale);
671     do {
672         iter->idx++;
673         if (iter->idx == table_size) {
674             return DOES_NOT_EXIST;
675         }
676         ent = &iter->hti->table[iter->idx];
677         key = (iter->hti->ht->key_type == NULL) ? (map_key_t)ent->key : (map_key_t)GET_PTR(ent->key);
678         val = ent->val;
679
680     } while (key == DOES_NOT_EXIST || val == DOES_NOT_EXIST || val == TOMBSTONE);
681
682     if (val == COPIED_VALUE) {
683         const datatype_t *key_type = iter->hti->ht->key_type;
684 #ifdef NBD32
685         uint32_t hash = (key_type == NULL) ? murmur32_4b((uint64_t)key) : key_type->hash((void *)key);
686 #else
687         uint32_t hash = (key_type == NULL) ? murmur32_8b((uint64_t)key) : key_type->hash((void *)key);
688 #endif
689         val = hti_get(iter->hti->next, (map_key_t)ent->key, hash);
690
691         // Go to the next entry if key is already deleted.
692         if (val == DOES_NOT_EXIST)
693             return ht_iter_next(iter, key_ptr); // recursive tail-call
694     } 
695
696     if (key_ptr) {
697         *key_ptr = key;
698     }
699     return val;
700 }
701
702 void ht_iter_free (ht_iter_t *iter) {
703     hti_release(iter->hti);
704     nbd_free(iter);
705 }