]> pd.if.org Git - nbds/blobdiff - struct/list.c
generalize list into an updatable list-based map
[nbds] / struct / list.c
index 1920e60fd80be20005a04ef457fbb428ead540cf..b9ec91fd97af1d04c302a9336d9483350a482223 100644 (file)
@@ -55,15 +55,13 @@ list_t *ll_alloc (void) {
     return ll;
 }
 
-static node_t *find_pred (node_t **pred_ptr, list_t *ll, const void *key_data, uint32_t key_len, int help_remove) {
+static int find_pred (node_t **pred_ptr, node_t **item_ptr, list_t *ll, const void *key_data, uint32_t key_len, int help_remove) {
     node_t *pred = ll->head;
     node_t *item = pred->next;
-    TRACE("l3", "find_pred: searching for key %p in ll (head is %p)", key_data, pred);
+    TRACE("l2", "find_pred: searching for key %p in ll (head is %p)", key_data, pred);
 
     while (item != NULL) {
         node_t *next = item->next;
-        TRACE("l3", "find_pred: visiting item %p (next %p)", item, next);
-        TRACE("l3", "find_pred: key %p", STRIP_TAG(item->key), item->val);
 
         // A tag means an item is logically removed but not physically unlinked yet.
         while (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(next))) {
@@ -73,26 +71,29 @@ static node_t *find_pred (node_t **pred_ptr, list_t *ll, const void *key_data, u
                 item = (node_t *)STRIP_TAG(item->next);
                 if (EXPECT_FALSE(item == NULL))
                     break;
+                TRACE("l3", "find_pred: skipping marked item %p (next is %p)", item, next);
                 next = item->next;
                 continue;
             }
 
             // Unlink logically removed items.
             node_t *other;
+            TRACE("l3", "find_pred: unlinking marked item %p next is %p", item, next);
             if ((other = SYNC_CAS(&pred->next, item, STRIP_TAG(next))) == item) {
+                TRACE("l2", "find_pred: unlinked item %p from pred %p", item, pred);
                 item = (node_t *)STRIP_TAG(next);
                 if (EXPECT_FALSE(item == NULL))
                     break;
                 next = item->next;
-                TRACE("l3", "find_pred: unlinked item %p from pred %p", item, pred);
-                TRACE("l3", "find_pred: now item is %p next is %p", item, next);
+                TRACE("l3", "find_pred: now current item is %p next is %p", item, next);
 
                 // The thread that completes the unlink should free the memory.
                 node_defer_free(other);
             } else {
-                TRACE("l3", "find_pred: lost race to unlink from pred %p; its link changed to %p", pred, other);
+                TRACE("l2", "find_pred: lost a race to unlink item %p from pred %p", item, pred);
+                TRACE("l2", "find_pred: pred's link changed to %p", other, 0);
                 if (IS_TAGGED(other))
-                    return find_pred(pred_ptr, ll, key_data, key_len, help_remove); // retry
+                    return find_pred(pred_ptr, item_ptr, ll, key_data, key_len, help_remove); // retry
                 item = other;
                 if (EXPECT_FALSE(item == NULL))
                     break;
@@ -103,102 +104,173 @@ static node_t *find_pred (node_t **pred_ptr, list_t *ll, const void *key_data, u
         if (EXPECT_FALSE(item == NULL))
             break;
 
+        TRACE("l3", "find_pred: visiting item %p (next is %p)", item, next);
+        TRACE("l4", "find_pred: key %p val %p", STRIP_TAG(item->key), item->val);
+
+        // A tagged key is an integer, otherwise it is a pointer to a string
+        int d;
+        if (IS_TAGGED(item->key)) {
+            d = (STRIP_TAG(item->key) - (uint64_t)key_data);
+        } else {
+            int item_key_len = item->key->len;
+            int len = (key_len < item_key_len) ? key_len : item_key_len;
+            d = memcmp(item->key->data, key_data, len);
+            if (d == 0) { d = item_key_len - key_len; }
+        }
+
         // If we reached the key (or passed where it should be), we found the right predesssor
-        int x = (IS_TAGGED(item->key))
-              ? (STRIP_TAG(item->key) - (uint64_t)key_data)
-              : ns_cmp_raw(item->key, key_data, key_len);
-        if (x >= 0) {
-            TRACE("l3", "find_pred: found pred %p item %p", pred, item);
+        if (d >= 0) {
             if (pred_ptr != NULL) {
                 *pred_ptr = pred;
             }
-            return x == 0 ? item : NULL;
+            *item_ptr = item;
+            if (d == 0) {
+                TRACE("l2", "find_pred: found matching item %p in list, pred is %p", item, pred);
+                return TRUE;
+            } 
+            TRACE("l2", "find_pred: found proper place for key %p in list, pred is %p. returning null", key_data, pred);
+            return FALSE;
         }
 
         pred = item;
         item = next;
-
     }
 
     // <key> is not in <ll>.
     if (pred_ptr != NULL) {
         *pred_ptr = pred;
     }
-    return NULL;
+    *item_ptr = NULL;
+    TRACE("l2", "find_pred: reached end of list. last item is %p", pred, 0);
+    return FALSE;
 }
 
 // Fast find. Do not help unlink partially removed nodes and do not return the found item's predecessor.
 uint64_t ll_lookup (list_t *ll, const void *key_data, uint32_t key_len) {
-    TRACE("l3", "ll_lookup: searching for key %p in list %p", key_data, ll);
-    node_t *item = find_pred(NULL, ll, key_data, key_len, FALSE);
+    TRACE("l1", "ll_lookup: searching for key %p in list %p", key_data, ll);
+    node_t *item;
+    int found = find_pred(NULL, &item, ll, key_data, key_len, FALSE);
 
     // If we found an <item> matching the key return its value.
-    return item != NULL ? item->val : DOES_NOT_EXIST;
+    if (found) {
+        uint64_t val = item->val;
+        if (val != DOES_NOT_EXIST) {
+            TRACE("l1", "ll_lookup: found item %p. val %p. returning item", item, item->val);
+            return val;
+        }
+    }
+
+    TRACE("l1", "ll_lookup: no item in the list matched the key", 0, 0);
+    return DOES_NOT_EXIST;
 }
 
-// Insert a new item if a matching key doesn't already exist in <ll>
-uint64_t ll_cas (list_t *ll, const void *key_data, uint32_t key_len, uint64_t expected_val, uint64_t new_val) {
-    assert(new_val != DOES_NOT_EXIST);
-    TRACE("l3", "ll_cas: inserting key %p val %p", key_data, new_val);
+uint64_t ll_cas (list_t *ll, const void *key_data, uint32_t key_len, uint64_t expectation, uint64_t new_val) {
+    TRACE("l1", "ll_cas: key %p list %p", key_data, ll);
+    TRACE("l1", "ll_cas: expectation %p new value %p", expectation, new_val);
+    ASSERT((int64_t)new_val > 0);
+
+    node_t *pred, *old_item;
     do {
-        node_t *pred;
-        node_t *old_item = find_pred(&pred, ll, key_data, key_len, TRUE);
+        if (!find_pred(&pred, &old_item, ll, key_data, key_len, TRUE)) {
 
-        // If a node matching the key already exists in <ll> return its value.
-        if (old_item != NULL) {
-            TRACE("l3", "ll_cas: there is already an item %p (value %p) with the same key", old_item, old_item->val);
-            return old_item->val;
-        }
+            // There is no existing item in the list that matches the key. 
+            if (EXPECT_FALSE((int64_t)expectation > 0 || expectation == EXPECT_EXISTS)) {
+                TRACE("l1", "ll_cas: the expectation was not met, the list was not changed", 0, 0);
+                return DOES_NOT_EXIST; // failure
+            }
+
+            ASSERT(expectation == EXPECT_DOES_NOT_EXIST || expectation == EXPECT_WHATEVER);
+
+            // Create a new item and insert it into the list.
+            TRACE("l2", "ll_cas: attempting to insert item between %p and %p", pred, pred->next);
+            node_t *new_item = node_alloc(key_data, key_len, new_val);
+            node_t *next = new_item->next = old_item;
+            node_t *other = SYNC_CAS(&pred->next, next, new_item);
+            if (other == next) {
+                TRACE("l1", "ll_cas: successfully inserted new item %p", new_item, 0);
+                return DOES_NOT_EXIST; // success
+            }
 
-        TRACE("l3", "ll_cas: attempting to insert item between %p and %p", pred, pred->next);
-        node_t *new_item = node_alloc(key_data, key_len, new_val);
-        node_t *next = new_item->next = pred->next;
-        node_t *other = SYNC_CAS(&pred->next, next, new_item);
-        if (other == next) {
-            TRACE("l3", "ll_cas: successfully inserted item %p", new_item, 0);
-            return DOES_NOT_EXIST; // success
+            // Lost a race. Failed to insert the new item into the list.
+            TRACE("l1", "ll_cas: lost a race. CAS failed. expected pred's link to be %p but found %p", next, other);
+            node_free(new_item);
+            continue; // retry
         }
-        TRACE("l3", "ll_cas: failed to change pred's link: expected %p found %p", next, other);
-        node_free(new_item);
 
+        // Found an item in the list that matches the key.
+        uint64_t old_item_val = old_item->val;
+        do {
+            // If the item's value is DOES_NOT_EXIST it means another thread removed the node out from under us.
+            if (EXPECT_FALSE(old_item_val == DOES_NOT_EXIST)) {
+                TRACE("l2", "ll_cas: lost a race, found an item but another thread removed it. retry", 0, 0);
+                break; // retry
+            }
+
+            if (EXPECT_FALSE(expectation == EXPECT_DOES_NOT_EXIST)) {
+                TRACE("l1", "ll_cas: found an item %p in the list that matched the key. the expectation was "
+                        "not met, the list was not changed", old_item, old_item_val);
+                return old_item_val; // failure
+            }
+
+            // Use a CAS and not a SWAP. If the node is in the process of being removed and we used a SWAP, we could
+            // replace DOES_NOT_EXIST with our value. Then another thread that is updating the value could think it
+            // succeeded and return our value even though we indicated that the node has been removed. If the CAS 
+            // fails it means another thread either removed the node or updated its value.
+            uint64_t ret_val = SYNC_CAS(&old_item->val, old_item_val, new_val);
+            if (ret_val == old_item_val) {
+                TRACE("l1", "ll_cas: the CAS succeeded. updated the value of the item", 0, 0);
+                return ret_val; // success
+            }
+            TRACE("l2", "ll_cas: lost a race. the CAS failed. another thread changed the item's value", 0, 0);
+
+            old_item_val = ret_val;
+        } while (1);
     } while (1);
 }
 
 uint64_t ll_remove (list_t *ll, const void *key_data, uint32_t key_len) {
-    TRACE("l3", "ll_remove: removing item with key %p from list %p", key_data, ll);
+    TRACE("l1", "ll_remove: removing item with key %p from list %p", key_data, ll);
     node_t *pred;
-    node_t *item = find_pred(&pred, ll, key_data, key_len, TRUE);
-    if (item == NULL) {
-        TRACE("l3", "ll_remove: remove failed, an item with a matching key does not exist in the list", 0, 0);
+    node_t *item;
+    int found = find_pred(&pred, &item, ll, key_data, key_len, TRUE);
+    if (!found) {
+        TRACE("l1", "ll_remove: remove failed, an item with a matching key does not exist in the list", 0, 0);
         return DOES_NOT_EXIST;
     }
 
     // Mark <item> removed. This must be atomic. If multiple threads try to remove the same item
     // only one of them should succeed.
-    if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(item->next))) {
-        TRACE("l3", "ll_remove: %p is already marked for removal by another thread", item, 0);
-        return DOES_NOT_EXIST;
-    }
-    node_t *next = SYNC_FETCH_AND_OR(&item->next, TAG);
-    if (EXPECT_FALSE(IS_TAGGED(next))) {
-        TRACE("l3", "ll_remove: lost race -- %p is already marked for removal by another thread", item, 0);
-        return DOES_NOT_EXIST;
-    }
+    node_t *next;
+    node_t *old_next = item->next;
+    do {
+        next = old_next;
+        old_next = SYNC_CAS(&item->next, next, TAG_VALUE(next));
+        if (IS_TAGGED(old_next)) {
+            TRACE("l1", "ll_remove: lost a race -- %p is already marked for removal by another thread", item, 0);
+            return DOES_NOT_EXIST;
+        }
+    } while (next != old_next);
+    TRACE("l2", "ll_remove: logically removed item %p", item, 0);
+    ASSERT(!IS_TAGGED(item->next));
+
+    // This has to be an atomic swap in case another thread is updating the item while we are removing it. 
+    uint64_t val = SYNC_SWAP(&item->val, DOES_NOT_EXIST); 
 
-    uint64_t val = item->val;
+    TRACE("l2", "ll_remove: replaced item's val %p with DOES_NOT_EXIT", val, 0);
 
     // Unlink <item> from <ll>. If we lose a race to another thread just back off. It is safe to leave the
     // item logically removed for a later call (or some other thread) to physically unlink. By marking the
     // item earlier, we logically removed it. 
-    TRACE("l3", "ll_remove: link item's pred %p to it's successor %p", pred, next);
+    TRACE("l2", "ll_remove: unlink the item by linking its pred %p to its successor %p", pred, next);
     node_t *other;
     if ((other = SYNC_CAS(&pred->next, item, next)) != item) {
-        TRACE("l3", "ll_remove: unlink failed; pred's link changed from %p to %p", item, other);
+        TRACE("l1", "ll_remove: unlink failed; pred's link changed from %p to %p", item, other);
         return val;
     } 
 
     // The thread that completes the unlink should free the memory.
-    node_defer_free(item); 
+    node_defer_free((node_t *)item); 
+    TRACE("l1", "ll_remove: successfully unlinked item %p from the list", item, 0);
     return val;
 }
 
@@ -206,13 +278,18 @@ void ll_print (list_t *ll) {
     node_t *item;
     item = ll->head->next;
     while (item) {
+        node_t *next = item->next;
+        if (IS_TAGGED(item)) {
+            printf("*");
+        }
+        printf("%p:", item);
         if (IS_TAGGED(item->key)) {
             printf("0x%llx ", STRIP_TAG(item->key));
         } else {
-            printf("%s ", (char *)ns_data(item->key));
+            printf("%s ", (char *)item->key->data);
         }
         fflush(stdout);
-        item = item->next;
+        item = (node_t *)STRIP_TAG(next);
     }
     printf("\n");
 }