]> pd.if.org Git - nbds/blobdiff - map/unsafe_skiplist.c
improved perf_test to measure steady state behavior
[nbds] / map / unsafe_skiplist.c
index f54e10d53d7b55edf175641b093a161696a3b9ba..596dcde423da48c69399a7e02bb60c562ad5e681 100644 (file)
 #include "runtime.h"
 #include "mem.h"
 
-#define MAX_LEVEL 31
+#define MAX_LEVELS 32
 
 typedef struct node {
     map_key_t key;
     map_val_t val;
-    int top_level;
+    int num_levels;
     struct node *next[1];
 } node_t;
 
@@ -32,31 +32,38 @@ struct sl {
     int high_water; // max level of any item in the list
 };
 
-static int random_level (void) {
+static int random_levels (skiplist_t *sl) {
     unsigned r = nbd_rand();
-    int n = __builtin_ctz(r) / 2;
-    if (n > MAX_LEVEL) { n = MAX_LEVEL; }
-    return n;
+    int z = __builtin_ctz(r);
+    int levels = (int)(z / 1.5);
+    if (levels == 0)
+        return 1;
+    if (levels > sl->high_water) {
+        levels = SYNC_ADD(&sl->high_water, 1);
+        TRACE("s2", "random_levels: increased high water mark to %lld", sl->high_water, 0);
+    }
+    if (levels > MAX_LEVELS) { levels = MAX_LEVELS; }
+    return levels;
 }
 
-static node_t *node_alloc (int level, map_key_t key, map_val_t val) {
-    assert(level >= 0 && level <= MAX_LEVEL);
-    size_t sz = sizeof(node_t) + level * sizeof(node_t *);
+static node_t *node_alloc (int num_levels, map_key_t key, map_val_t val) {
+    assert(num_levels > 0 && num_levels <= MAX_LEVELS);
+    size_t sz = sizeof(node_t) + (num_levels - 1) * sizeof(node_t *);
     node_t *item = (node_t *)nbd_malloc(sz);
     memset(item, 0, sz);
     item->key = key;
     item->val = val;
-    item->top_level = level;
-    TRACE("s2", "node_alloc: new node %p (%llu levels)", item, level);
+    item->num_levels = num_levels;
+    TRACE("s2", "node_alloc: new node %p (%llu levels)", item, num_levels);
     return item;
 }
 
 skiplist_t *sl_alloc (const datatype_t *key_type) {
     skiplist_t *sl = (skiplist_t *)nbd_malloc(sizeof(skiplist_t));
     sl->key_type = key_type;
-    sl->high_water = 0;
-    sl->head = node_alloc(MAX_LEVEL, 0, 0);
-    memset(sl->head->next, 0, (MAX_LEVEL+1) * sizeof(skiplist_t *));
+    sl->high_water = 1;
+    sl->head = node_alloc(MAX_LEVELS, 0, 0);
+    memset(sl->head->next, 0, MAX_LEVELS * sizeof(skiplist_t *));
     return sl;
 }
 
@@ -82,20 +89,16 @@ size_t sl_count (skiplist_t *sl) {
     return count;
 }
 
-static node_t *find_preds (node_t **preds, node_t **succs, int n, skiplist_t *sl, map_key_t key, int help_remove) {
+static node_t *find_preds (node_t **preds, node_t **succs, int n, skiplist_t *sl, map_key_t key, int unlink) {
     node_t *pred = sl->head;
     node_t *item = NULL;
     TRACE("s2", "find_preds: searching for key %p in skiplist (head is %p)", key, pred);
     int d = 0;
-    int start_level = sl->high_water;
-    if (EXPECT_FALSE(start_level < n)) {
-        start_level = n;
-    }
 
     // Traverse the levels of <sl> from the top level to the bottom
-    for (int level = start_level; level >= 0; --level) {
+    for (int level = sl->high_water - 1; level >= 0; --level) {
         node_t *next = pred->next[level];
-        if (next == DOES_NOT_EXIST && level > n)
+        if (next == DOES_NOT_EXIST && level >= n)
             continue;
         TRACE("s3", "find_preds: traversing level %p starting at %p", level, pred);
         item = next;
@@ -108,8 +111,15 @@ static node_t *find_preds (node_t **preds, node_t **succs, int n, skiplist_t *sl
                 d = sl->key_type->cmp((void *)item->key, (void *)key);
             }
 
-            if (d >= 0)
+            if (d >= 0) {
+                if (d == 0 && unlink) {
+                    pred->next[level] = next;
+                    TRACE("s3", "find_preds: unlinked item from pred %p", pred, 0);
+                    item = next;
+                    next = (item != NULL) ? item->next[level] : DOES_NOT_EXIST;
+                }
                 break;
+            }
 
             pred = item;
             item = next;
@@ -117,8 +127,7 @@ static node_t *find_preds (node_t **preds, node_t **succs, int n, skiplist_t *sl
 
         TRACE("s3", "find_preds: found pred %p next %p", pred, item);
 
-        // The cast to unsigned is for the case when n is -1.
-        if ((unsigned)level <= (unsigned)n) { 
+        if (level < n) { 
             if (preds != NULL) {
                 preds[level] = pred;
             }
@@ -128,14 +137,6 @@ static node_t *find_preds (node_t **preds, node_t **succs, int n, skiplist_t *sl
         }
     }
 
-    // fill in empty levels
-    if (n == -1 && item != NULL && preds != NULL) {
-        assert(item->top_level <= MAX_LEVEL);
-        for (int level = start_level + 1; level <= item->top_level; ++level) {
-            preds[level] = sl->head;
-        }
-    }
-
     if (d == 0) {
         TRACE("s2", "find_preds: found matching item %p in skiplist, pred is %p", item, pred);
         return item;
@@ -144,46 +145,6 @@ static node_t *find_preds (node_t **preds, node_t **succs, int n, skiplist_t *sl
     return NULL;
 }
 
-static void sl_unlink (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
-    node_t *pred = sl->head;
-    node_t *item = NULL;
-    TRACE("s2", "sl_unlink: unlinking marked item with key %p", key, 0);
-    int d = 0;
-
-    // Traverse the levels of <sl>
-    for (int level = sl->high_water; level >= 0; --level) {
-        node_t *next = pred->next[level];
-        if (next == DOES_NOT_EXIST)
-            continue;
-        TRACE("s3", "sl_unlink: traversing level %p starting at %p", level, pred);
-        item = next;
-        while (item != NULL) {
-            next = item->next[level];
-
-            if (EXPECT_TRUE(sl->key_type == NULL)) {
-                d = item->key - key;
-            } else {
-                d = sl->key_type->cmp((void *)item->key, (void *)key);
-            }
-
-            if (d == 0) {
-                pred->next[level] = next;
-                TRACE("s3", "sl_unlink: unlinked item from pred %p", pred, 0);
-                item = next;
-                next = (item != NULL) ? item->next[level] : DOES_NOT_EXIST;
-                break;
-            }
-            if (d > 0) 
-                break;
-
-            pred = item;
-            item = next;
-        }
-
-        TRACE("s3", "sl_unlink: at pred %p next %p", pred, item);
-    }
-}
-
 // Fast find that does not return the node's predecessors.
 map_val_t sl_lookup (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
     TRACE("s1", "sl_lookup: searching for key %p in skiplist %p", key, sl);
@@ -195,7 +156,7 @@ map_val_t sl_lookup (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
         return val;
     }
 
-    TRACE("l1", "sl_lookup: no item in the skiplist matched the key", 0, 0);
+    TRACE("s1", "sl_lookup: no item in the skiplist matched the key", 0, 0);
     return DOES_NOT_EXIST;
 }
 
@@ -211,19 +172,18 @@ map_val_t sl_cas (skiplist_t *sl, map_key_t key, map_val_t expectation, map_val_
     TRACE("s1", "sl_cas: expectation %p new value %p", expectation, new_val);
     ASSERT((int64_t)new_val > 0);
 
-    node_t *preds[MAX_LEVEL+1];
-    node_t *nexts[MAX_LEVEL+1];
+    node_t *preds[MAX_LEVELS];
+    node_t *nexts[MAX_LEVELS];
     node_t *new_item = NULL;
-    int n = random_level();
-    node_t *old_item = find_preds(preds, nexts, n, sl, key, TRUE);
+    int n = random_levels(sl);
+    node_t *old_item = find_preds(preds, nexts, n, sl, key, FALSE);
 
     // If there is already an item in the skiplist that matches the key just update its value.
     if (old_item != NULL) {
         map_val_t old_val = old_item->val;
         if (expectation == CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST || 
            (expectation != CAS_EXPECT_WHATEVER && expectation != CAS_EXPECT_EXISTS && expectation != old_val)) {
-            TRACE("s1", "update_item: found an item %p in the skiplist that matched the key. the expectation was "
-                    "not met, the skiplist was not changed", item, old_val);
+            TRACE("s1", "sl_cas: the expectation was not met; the skiplist was not changed", 0, 0);
             return old_val;
         } 
         old_item->val = new_val;
@@ -231,7 +191,7 @@ map_val_t sl_cas (skiplist_t *sl, map_key_t key, map_val_t expectation, map_val_
     }
 
     if (EXPECT_FALSE(expectation != CAS_EXPECT_DOES_NOT_EXIST && expectation != CAS_EXPECT_WHATEVER)) {
-        TRACE("l1", "sl_cas: the expectation was not met, the skiplist was not changed", 0, 0);
+        TRACE("s1", "sl_cas: the expectation was not met, the skiplist was not changed", 0, 0);
         return DOES_NOT_EXIST; // failure, the caller expected an item for the <key> to already exist 
     }
 
@@ -239,19 +199,15 @@ map_val_t sl_cas (skiplist_t *sl, map_key_t key, map_val_t expectation, map_val_
 
     // Create a new node and insert it into the skiplist.
     map_key_t new_key = sl->key_type == NULL ? key : (map_key_t)sl->key_type->clone((void *)key);
-    if (n > sl->high_water) {
-        n = ++sl->high_water;
-        TRACE("s2", "sl_cas: incremented high water mark to %p", sl->high_water, 0);
-    }
     new_item = node_alloc(n, new_key, new_val);
 
     // Set <new_item>'s next pointers to their proper values
-    for (int level = 0; level <= new_item->top_level; ++level) {
+    for (int level = 0; level < new_item->num_levels; ++level) {
         new_item->next[level] = nexts[level];
     }
 
     // Link <new_item> into <sl> 
-    for (int level = 0; level <= new_item->top_level; ++level) {
+    for (int level = 0; level < new_item->num_levels; ++level) {
         preds[level]->next[level] = new_item;
     }
 
@@ -260,8 +216,8 @@ map_val_t sl_cas (skiplist_t *sl, map_key_t key, map_val_t expectation, map_val_
 
 map_val_t sl_remove (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
     TRACE("s1", "sl_remove: removing item with key %p from skiplist %p", key, sl);
-    node_t *preds[MAX_LEVEL+1];
-    node_t *item = find_preds(preds, NULL, -1, sl, key, TRUE);
+    node_t *preds[MAX_LEVELS];
+    node_t *item = find_preds(preds, NULL, sl->high_water, sl, key, FALSE);
     if (item == NULL) {
         TRACE("s3", "sl_remove: remove failed, an item with a matching key does not exist in the skiplist", 0, 0);
         return DOES_NOT_EXIST;
@@ -269,7 +225,7 @@ map_val_t sl_remove (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
     map_val_t val = item->val; 
 
     // unlink the item
-    sl_unlink(sl, key);
+    find_preds(NULL, NULL, 0, sl, key, TRUE);
 
     // free the node
     if (sl->key_type != NULL) {
@@ -283,7 +239,7 @@ map_val_t sl_remove (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
 void sl_print (skiplist_t *sl) {
 
     printf("high water: %d levels\n", sl->high_water);
-    for (int level = MAX_LEVEL; level >= 0; --level) {
+    for (int level = MAX_LEVELS - 1; level >= 0; --level) {
         node_t *item = sl->head;
         if (item->next[level] == DOES_NOT_EXIST)
             continue;
@@ -306,11 +262,11 @@ void sl_print (skiplist_t *sl) {
     while (item) {
         printf("%p:0x%llx ", item, (uint64_t)item->key);
         if (item != sl->head) {
-            printf("[%d]", item->top_level);
+            printf("[%d]", item->num_levels);
         } else {
             printf("[HEAD]");
         }
-        for (int level = 1; level <= item->top_level; ++level) {
+        for (int level = 1; level < item->num_levels; ++level) {
             node_t *next = item->next[level];
             printf(" %p", next);
             if (item == sl->head && item->next[level] == DOES_NOT_EXIST)
@@ -329,7 +285,7 @@ void sl_print (skiplist_t *sl) {
 sl_iter_t *sl_iter_begin (skiplist_t *sl, map_key_t key) {
     sl_iter_t *iter = (sl_iter_t *)nbd_malloc(sizeof(sl_iter_t));
     if (key != DOES_NOT_EXIST) {
-        find_preds(NULL, &iter->next, 0, sl, key, FALSE);
+        find_preds(NULL, &iter->next, 1, sl, key, FALSE);
     } else {
         iter->next = sl->head->next[0];
     }