]> pd.if.org Git - nbds/blobdiff - txn/txn.c
pad struct to improve hazard performance, fix off-by-one error
[nbds] / txn / txn.c
index 991c22c8a8351002922df123cc6413c925676a5f..1cc8e2f84fdeff975d719bfada0608bed62c42bb 100644 (file)
--- a/txn/txn.c
+++ b/txn/txn.c
@@ -5,44 +5,42 @@
 #include "common.h"
 #include "txn.h"
 #include "mem.h"
+#include "rcu.h"
 #include "skiplist.h"
 
 #define UNDETERMINED_VERSION 0
-#define ABORTED_VERSION      TAG_VALUE(0)
+#define ABORTED_VERSION      TAG_VALUE(0, TAG1)
 #define INITIAL_WRITES_SIZE  4
 
-typedef enum { UPDATE_TYPE_PUT, UPDATE_TYPE_DELETE } update_type_t;
-
-typedef struct update_rec update_rec_t;
+typedef struct update_rec update_t;
+typedef map_key_t version_t;
 
 struct update_rec {
-    update_type_t type;
-    uint64_t value;
-    uint64_t version;
-    update_rec_t *next; // an earlier update
+    version_t version;
+    map_val_t value;
+    map_val_t next; // an earlier update
 };
 
 typedef struct write_rec {
-    void *key;
-    update_rec_t *rec; 
+    map_key_t key;
+    update_t *rec; 
 } write_rec_t;
 
 struct txn {
-    uint64_t rv;
-    uint64_t wv;
+    version_t rv;
+    version_t wv;
     map_t *map;
     write_rec_t *writes;
-    uint32_t writes_size;
-    uint32_t writes_count;
-    uint32_t writes_scan;
-    txn_type_e type;
+    size_t writes_size;
+    size_t writes_count;
+    size_t writes_scan;
     txn_state_e state;
 };
 
-static uint64_t version_ = 1;
-
 static txn_state_e txn_validate (txn_t *txn);
 
+static version_t version_ = 1;
+
 static skiplist_t *active_ = NULL;
 
 void txn_init (void) {
@@ -55,17 +53,22 @@ void txn_init (void) {
 // If we encounter a potential conflict with a transaction that is in the process of validating, we help it 
 // complete validating. It must be finished before we can decide to rollback or commit.
 //
-static txn_state_e tm_validate_key (txn_t *txn, void *key) {
+static txn_state_e validate_key (txn_t *txn, map_key_t key) {
+    assert(txn->state != TXN_RUNNING);
     
-    update_rec_t *update = (update_rec_t *) map_get(txn->map, key);
-    for (; update != NULL; update = update->next) {
+    map_val_t val = map_get(txn->map, key);
+    update_t *update = NULL;
+    for (; val != DOES_NOT_EXIST; val = update->next) {
 
-        // If the update's version is not tagged it means the update is committed.
+        // If the update or its version is not tagged it means the update is committed.
         //
         // We can stop at the first committed record we find that is at least as old as our read version. All 
         // the other committed records following it will be older. And all the uncommitted records following it 
         // will eventually conflict with it and abort.
-        if (!IS_TAGGED(update->version)) 
+        if (!IS_TAGGED(val, TAG2))
+            return TXN_VALIDATED;
+        update = (update_t *)STRIP_TAG(val, TAG2);
+        if (!IS_TAGGED(update->version, TAG1)) 
             return (update->version <= txn->rv) ? TXN_VALIDATED : TXN_ABORTED;
 
         // If the update's version is tagged then either the update was aborted or the the version number is 
@@ -76,12 +79,12 @@ static txn_state_e tm_validate_key (txn_t *txn, void *key) {
             continue;
 
         // The update's transaction is still in progress. Access its txn_t.
-        txn_t *writer = (txn_t *)STRIP_TAG(update->version);
+        txn_t *writer = (txn_t *)STRIP_TAG(update->version, TAG1);
         if (writer == txn)
             continue; // Skip our own updates.
         txn_state_e writer_state = writer->state;
 
-        // Any running transaction will only be able to aquire a wv greater than ours. A transaction changes its 
+        // Any running transaction will only be able to acquire a wv greater than ours. A transaction changes its 
         // state to validating before aquiring a wv. We can ignore an unvalidated transaction if its version is
         // greater than ours. See next comment below for why. 
         if (writer_state == TXN_RUNNING)
@@ -111,21 +114,23 @@ static txn_state_e tm_validate_key (txn_t *txn, void *key) {
 }
 
 static txn_state_e txn_validate (txn_t *txn) {
+    assert(txn->state != TXN_RUNNING);
     int i;
     switch (txn->state) {
 
         case TXN_VALIDATING:
             if (txn->wv == UNDETERMINED_VERSION) {
-                uint64_t wv = SYNC_ADD(&version_, 1);
+                version_t wv = SYNC_ADD(&version_, 1);
                 SYNC_CAS(&txn->wv, UNDETERMINED_VERSION, wv);
             }
 
             for (i = 0; i < txn->writes_count; ++i) {
-                txn_state_e s = tm_validate_key(txn, txn->writes[i].key);
+                txn_state_e s = validate_key(txn, txn->writes[i].key);
                 if (s == TXN_ABORTED) {
                     txn->state = TXN_ABORTED;
                     break;
                 }
+                assert(s == TXN_VALIDATED);
             }
             if (txn->state == TXN_VALIDATING) {
                 txn->state =  TXN_VALIDATED;
@@ -143,33 +148,30 @@ static txn_state_e txn_validate (txn_t *txn) {
     return txn->state;
 }
 
-static update_rec_t *alloc_update_rec (void) {
-    update_rec_t *u = (update_rec_t *)nbd_malloc(sizeof(update_rec_t));
-    memset(u, 0, sizeof(update_rec_t));
+static update_t *alloc_update_rec (void) {
+    update_t *u = (update_t *)nbd_malloc(sizeof(update_t));
+    memset(u, 0, sizeof(update_t));
     return u;
 }
 
-txn_t *txn_begin (txn_type_e type, map_t *map) {
+txn_t *txn_begin (map_t *map) {
     txn_t *txn = (txn_t *)nbd_malloc(sizeof(txn_t));
     memset(txn, 0, sizeof(txn_t));
-    txn->type = type;
     txn->wv = UNDETERMINED_VERSION;
     txn->state = TXN_RUNNING;
     txn->map = map;
-    if (type != TXN_READ_ONLY) {
-        txn->writes = nbd_malloc(sizeof(*txn->writes) * INITIAL_WRITES_SIZE);
-        txn->writes_size = INITIAL_WRITES_SIZE;
-    }
+    txn->writes = nbd_malloc(sizeof(*txn->writes) * INITIAL_WRITES_SIZE);
+    txn->writes_size = INITIAL_WRITES_SIZE;
 
-    // aquire the read version for txn. must be careful to avoid a race
+    // acquire the read version for txn. must be careful to avoid a race
     do {
         txn->rv = version_;
 
-        uint64_t old_count;
-        uint64_t temp = 0;
+        unsigned old_count;
+        unsigned temp = 0;
         do {
             old_count = temp;
-            temp = (uint64_t)sl_cas(active_, (void *)txn->rv, old_count, old_count + 1);
+            temp = sl_cas(active_, txn->rv, old_count, old_count + 1);
         } while (temp != old_count);
 
         if (txn->rv == version_)
@@ -178,7 +180,7 @@ txn_t *txn_begin (txn_type_e type, map_t *map) {
         temp = 1;
         do {
             old_count = temp;
-            temp = sl_cas(active_, (void *)txn->rv, old_count, old_count - 1);
+            temp = sl_cas(active_, (map_key_t)txn->rv, old_count, old_count - 1);
         } while (temp != old_count);
     } while (1);
 
@@ -186,59 +188,72 @@ txn_t *txn_begin (txn_type_e type, map_t *map) {
 }
 
 void txn_abort (txn_t *txn) {
+    if (txn->state != TXN_RUNNING)
+        return; // TODO: return some sort of error code
 
     int i;
     for (i = 0; i < txn->writes_count; ++i) {
-        update_rec_t *update = (update_rec_t *)txn->writes[i].rec;
+        update_t *update = (update_t *)txn->writes[i].rec;
         update->version = ABORTED_VERSION;
     }
 
-    nbd_defer_free(txn->writes);
-    nbd_defer_free(txn);
+    rcu_defer_free(txn->writes);
+    rcu_defer_free(txn);
 }
 
 txn_state_e txn_commit (txn_t *txn) {
+    if (txn->state != TXN_RUNNING)
+        return txn->state; // TODO: return some sort of error code
 
     assert(txn->state == TXN_RUNNING);
     txn->state = TXN_VALIDATING;
     txn_state_e state = txn_validate(txn);
 
     // Detach <txn> from its updates.
-    uint64_t wv = (txn->state == TXN_ABORTED) ? ABORTED_VERSION : txn->wv;
+    version_t wv = (txn->state == TXN_ABORTED) ? ABORTED_VERSION : txn->wv;
     int i;
     for (i = 0; i < txn->writes_count; ++i) {
-        update_rec_t *update = (update_rec_t *)txn->writes[i].rec;
+        update_t *update = (update_t *)txn->writes[i].rec;
         update->version = wv;
     }
 
     // Lower the reference count for <txn>'s read version
-    uint64_t temp = 2;
-    uint64_t old_count;
+    unsigned temp = 2;
+    unsigned old_count;
     do {
         old_count = temp;
-        temp = sl_cas(active_, (void *)txn->rv, old_count, old_count - 1);
+        temp = sl_cas(active_, (map_key_t)txn->rv, old_count, old_count - 1);
         if (temp == 1 && txn->rv != version_) {
-            sl_remove(active_, (void *)txn->rv);
+            sl_remove(active_, (map_key_t)txn->rv);
             break;
         }
     } while (old_count != temp);
 
-    nbd_defer_free(txn->writes);
-    nbd_defer_free(txn);
+    rcu_defer_free(txn->writes);
+    rcu_defer_free(txn);
 
     return state;
 }
 
 // Get most recent committed version prior to our read version.
-uint64_t tm_get (txn_t *txn, void *key) {
+map_val_t txn_map_get (txn_t *txn, map_key_t key) {
+    if (txn->state != TXN_RUNNING)
+        return ERROR_TXN_NOT_RUNNING;
+
+    // Iterate through the update records to find the latest committed version prior to our read version. 
+    map_val_t newest_val = map_get(txn->map, key);
+    map_val_t val = newest_val;
+    update_t *update = NULL;
+    for ( ; ; val = update->next) {
 
-    // Iterate through update records associated with <key> to find the latest committed version prior to our
-    // read version. 
-    update_rec_t *update = (update_rec_t *) map_get(txn->map, key);
-    for (; update != NULL; update = update->next) {
+        if (!IS_TAGGED(val, TAG2))
+            return val;
+
+        update = (update_t *)STRIP_TAG(val, TAG2);
+        assert(update != NULL);
 
         // If the update's version is not tagged it means the update is committed.
-        if (!IS_TAGGED(update->version)) {
+        if (!IS_TAGGED(update->version, TAG1)) {
             if (update->version <= txn->rv)
                 break; // success
             continue;
@@ -252,7 +267,7 @@ uint64_t tm_get (txn_t *txn, void *key) {
             continue;
 
         // The update's transaction is still in progress. Access its txn_t.
-        txn_t *writer = (txn_t *)STRIP_TAG(update->version);
+        txn_t *writer = (txn_t *)STRIP_TAG(update->version, TAG1);
         if (writer == txn) // found our own update
             break; // success 
 
@@ -276,49 +291,88 @@ uint64_t tm_get (txn_t *txn, void *key) {
         break; // success
     }
 
-    if (EXPECT_FALSE(update == NULL))
-        return DOES_NOT_EXIST;
+    map_val_t value = update->value;
 
     // collect some garbage
-    update_rec_t *next = update->next;
-    if (next != NULL) {
-        uint64_t min_active_version = (uint64_t)sl_min_key(active_);
-        if (next->version < min_active_version) {
-            next = SYNC_SWAP(&update->next, NULL);
-            while (next != NULL) {
-                update = next;
-                next = NULL;
-                if (update->next != NULL) {
-                    next = SYNC_SWAP(&update->next, NULL);
-                }
+    version_t min_active_version = UNDETERMINED_VERSION;
+    update_t *next_update = NULL;
+    if (IS_TAGGED(update->next, TAG2)) {
+        next_update = (update_t *)STRIP_TAG(update->next, TAG2);
+        min_active_version = (version_t)sl_min_key(active_);
+        if (next_update->version < min_active_version) {
+            // <next_update> (and all update records following it [execpt if it is aborted]) is old enough that it is
+            // not visible to any active transaction. We can safely free it.
+
+            // Skip over aborted versions to look for more recent updates
+            update_t *temp = next_update;
+            while (temp->version == ABORTED_VERSION) {
+                assert(!IS_TAGGED(temp->version, TAG1));
+                map_val_t next = next_update->next;
+                if (!IS_TAGGED(next, TAG2))
+                    break;
+
+                temp = (update_t *)STRIP_TAG(next, TAG2);
+                if (temp->version >= min_active_version)
+                    return value;
+            }
+
+            // free <next> and all the update records following it
+            temp = next_update;
+            while (1) {
+                map_val_t next = SYNC_SWAP(&temp->next, DOES_NOT_EXIST);
+
+                // if we find ourself in a race just back off and let the other thread take care of it
+                if (next == DOES_NOT_EXIST) 
+                    return value;
+
+                if (!IS_TAGGED(next, TAG2))
+                    break;
+
+                temp = (update_t *)STRIP_TAG(next, TAG2);
                 nbd_free(update);
             }
         }
     }
+
+    // If there is one item left and it is visible by all active transactions we can merge it into the map itself.
+    // There is no need for an update record.
+    if (next_update == NULL && val == newest_val) {
+        if (min_active_version == UNDETERMINED_VERSION) {
+            min_active_version = (version_t)sl_min_key(active_);
+        }
+        if (update->version <= min_active_version) {
+            if (map_cas(txn->map, key, TAG_VALUE(val, TAG2), value) == TAG_VALUE(val, TAG2)) {
+                rcu_defer_free(update);
+            }
+        }
+    }
     
-    return update->value;
+    return value;
 }
 
-void tm_set (txn_t *txn, void *key, uint64_t value) {
+void txn_map_set (txn_t *txn, map_key_t key, map_val_t value) {
+    if (txn->state != TXN_RUNNING)
+        return; // TODO: return some sort of error code
 
     // create a new update record
-    update_rec_t *update = alloc_update_rec();
-    update->type = UPDATE_TYPE_PUT;
+    update_t *update = alloc_update_rec();
     update->value = value;
-    update->version = TAG_VALUE((uint64_t)txn);
+    update->version = TAG_VALUE((version_t)txn, TAG1);
 
     // push the new update record onto <key>'s update list
-    uint64_t update_prev;
+    map_val_t old_update;
     do {
-        update->next = (update_rec_t *) map_get(txn->map, key);
-        update_prev = (uint64_t)update->next;
-    } while (map_cas(txn->map, key, update_prev, (uint64_t)update) != update_prev);
+        old_update = map_get(txn->map, key);
+        update->next = old_update;
+    } while (map_cas(txn->map, key, old_update, TAG_VALUE((map_val_t)update, TAG2)) != old_update);
 
     // add <key> to the write set for commit-time validation
     if (txn->writes_count == txn->writes_size) {
         write_rec_t *w = nbd_malloc(sizeof(write_rec_t) * txn->writes_size * 2);
         memcpy(w, txn->writes, txn->writes_size * sizeof(write_rec_t));
         txn->writes_size *= 2;
+        nbd_free(txn->writes);
+        txn->writes = w;
     }
     int i = txn->writes_count++;
     txn->writes[i].key = key;