Ignore:
Timestamp:
Oct 30, 2019, 11:26:07 AM (5 years ago)
Author:
Thierry Delisle <tdelisle@…>
Branches:
ADT, arm-eh, ast-experimental, enum, forall-pointer-decay, jacob/cs343-translation, jenkins-sandbox, master, new-ast, new-ast-unique-expr, pthread-emulation, qualifiedEnum
Children:
df75fe97
Parents:
b067d9b
Message:

Adding some of the implemented code. Current state: relaxed list is achieves at least 6M ops/sec total

File:
1 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed
  • doc/theses/thierry_delisle_PhD/code/relaxed_list.hpp

    rb067d9b r9421f3d8  
    3737};
    3838
     39static inline bool bts(std::atomic_size_t & target, size_t bit ) {
     40        //*
     41        int result = 0;
     42        asm volatile(
     43                "LOCK btsq %[bit], %[target]\n\t"
     44                :"=@ccc" (result)
     45                : [target] "m" (target), [bit] "r" (bit)
     46        );
     47        return result != 0;
     48        /*/
     49        size_t mask = 1ul << bit;
     50        size_t ret = target.fetch_or(mask, std::memory_order_relaxed);
     51        return (ret & mask) != 0;
     52        //*/
     53}
     54
     55static inline bool btr(std::atomic_size_t & target, size_t bit ) {
     56        //*
     57        int result = 0;
     58        asm volatile(
     59                "LOCK btrq %[bit], %[target]\n\t"
     60                :"=@ccc" (result)
     61                : [target] "m" (target), [bit] "r" (bit)
     62        );
     63        return result != 0;
     64        /*/
     65        size_t mask = 1ul << bit;
     66        size_t ret = target.fetch_and(~mask, std::memory_order_relaxed);
     67        return (ret & mask) != 0;
     68        //*/
     69}
    3970
    4071extern bool enable_stats;
     
    4879                size_t attempt = 0;
    4980                size_t success = 0;
     81                size_t mask_attempt = 0;
     82        } pop;
     83};
     84
     85struct empty_stat {
     86        struct {
     87                size_t value = 0;
     88                size_t count = 0;
     89        } push;
     90        struct {
     91                size_t value = 0;
     92                size_t count = 0;
    5093        } pop;
    5194};
     
    65108public:
    66109        relaxed_list(unsigned numLists)
    67                 : numNonEmpty{0}
    68                 , lists(new intrusive_queue_t[numLists])
     110                : lists(new intrusive_queue_t[numLists])
    69111                , numLists(numLists)
    70         {}
     112        {
     113                assertf(7 * 8 * 8 >= numLists, "List currently only supports 448 sublists");
     114                assert(sizeof(*this) == 128);
     115        }
    71116
    72117        ~relaxed_list() {
     
    84129                while(true) {
    85130                        // Pick a random list
    86                         int i = tls.rng.next() % numLists;
     131                        unsigned i = tls.rng.next() % numLists;
    87132
    88133                        #ifndef NO_STATS
     
    93138                        if( !lists[i].lock.try_lock() ) continue;
    94139
     140                        __attribute__((unused)) int num = numNonEmpty;
     141
    95142                        // Actually push it
    96                         lists[i].push(node, numNonEmpty);
     143                        if(lists[i].push(node)) {
     144                                numNonEmpty++;
     145                                size_t qword = i >> 6ull;
     146                                size_t bit   = i & 63ull;
     147                                assertf((list_mask[qword] & (1ul << bit)) == 0, "Before set %zu:%zu (%u), %zx & %zx", qword, bit, i, list_mask[qword].load(), (1ul << bit));
     148                                __attribute__((unused)) bool ret = bts(list_mask[qword], bit);
     149                                assert(!ret);
     150                                assertf((list_mask[qword] & (1ul << bit)) != 0, "After set %zu:%zu (%u), %zx & %zx", qword, bit, i, list_mask[qword].load(), (1ul << bit));
     151                        }
    97152                        assert(numNonEmpty <= (int)numLists);
    98153
     
    102157                        #ifndef NO_STATS
    103158                                tls.pick.push.success++;
     159                                tls.empty.push.value += num;
     160                                tls.empty.push.count += 1;
    104161                        #endif
    105162                        return;
     
    108165
    109166        __attribute__((noinline, hot)) node_t * pop() {
    110                 while(numNonEmpty != 0) {
    111                         // Pick two lists at random
    112                         int i = tls.rng.next() % numLists;
    113                         int j = tls.rng.next() % numLists;
    114 
    115                         #ifndef NO_STATS
    116                                 tls.pick.pop.attempt++;
    117                         #endif
    118 
    119                         // Pick the bet list
    120                         int w = i;
    121                         if( __builtin_expect(lists[j].ts() != 0, true) ) {
    122                                 w = (lists[i].ts() < lists[j].ts()) ? i : j;
    123                         }
    124 
    125                         auto & list = lists[w];
    126                         // If list looks empty retry
    127                         if( list.ts() == 0 ) continue;
    128 
    129                         // If we can't get the lock retry
    130                         if( !list.lock.try_lock() ) continue;
    131 
    132                         // If list is empty, unlock and retry
    133                         if( list.ts() == 0 ) {
    134                                 list.lock.unlock();
    135                                 continue;
    136                         }
    137 
    138                         // Actually pop the list
    139                         auto node = list.pop(numNonEmpty);
    140                         assert(node);
    141 
    142                         // Unlock and return
    143                         list.lock.unlock();
    144                         assert(numNonEmpty >= 0);
    145                         #ifndef NO_STATS
    146                                 tls.pick.pop.success++;
    147                         #endif
    148                         return node;
    149                 }
     167                #if !defined(NO_BITMASK)
     168                        // for(int r = 0; r < 10 && numNonEmpty != 0; r++) {
     169                        //      // Pick two lists at random
     170                        //      unsigned i = tls.rng.next() % numLists;
     171                        //      unsigned j = tls.rng.next() % numLists;
     172
     173                        //      if(auto node = try_pop(i, j)) return node;
     174                        // }
     175                        int nnempty;
     176                        while(0 != (nnempty = numNonEmpty)) {
     177                                unsigned i, j;
     178                                if( numLists < 4 || (numLists / nnempty) < 4 ) {
     179                                        // Pick two lists at random
     180                                        i = tls.rng.next() % numLists;
     181                                        j = tls.rng.next() % numLists;
     182                                } else {
     183                                        #ifndef NO_STATS
     184                                                // tls.pick.push.mask_attempt++;
     185                                        #endif
     186
     187                                        // Pick two lists at random
     188                                        unsigned num = ((numLists - 1) >> 6) + 1;
     189
     190                                        unsigned ri = tls.rng.next();
     191                                        unsigned rj = tls.rng.next();
     192
     193                                        unsigned wdxi = (ri >> 6u) % num;
     194                                        unsigned wdxj = (rj >> 6u) % num;
     195
     196                                        size_t maski = list_mask[wdxi].load(std::memory_order_relaxed);
     197                                        size_t maskj = list_mask[wdxj].load(std::memory_order_relaxed);
     198
     199                                        if(maski == 0 && maskj == 0) continue;
     200
     201                                        unsigned biti = maski ? ri % __builtin_popcountl(maski) : 0;
     202                                        unsigned bitj = maskj ? rj % __builtin_popcountl(maskj) : 0;
     203
     204                                        unsigned bi = 64 - nthSetBit(maski, biti + 1);
     205                                        unsigned bj = 64 - nthSetBit(maskj, bitj + 1);
     206
     207                                        assertf(bi < 64, "%zu %u %u", maski, biti, bi);
     208                                        assertf(bj < 64, "%zu %u %u", maskj, bitj, bj);
     209
     210                                        i = bi | (wdxi << 6);
     211                                        j = bj | (wdxj << 6);
     212
     213                                        assertf(i < numLists, "%u", wdxi << 6);
     214                                        assertf(j < numLists, "%u", wdxj << 6);
     215                                }
     216
     217                                if(auto node = try_pop(i, j)) return node;
     218                        }
     219                #else
     220                        while(numNonEmpty != 0) {
     221                                // Pick two lists at random
     222                                int i = tls.rng.next() % numLists;
     223                                int j = tls.rng.next() % numLists;
     224
     225                                if(auto node = try_pop(i, j)) return node;
     226                        }
     227                #endif
    150228
    151229                return nullptr;
    152230        }
     231
     232private:
     233        node_t * try_pop(unsigned i, unsigned j) {
     234                #ifndef NO_STATS
     235                        tls.pick.pop.attempt++;
     236                #endif
     237
     238                // Pick the bet list
     239                int w = i;
     240                if( __builtin_expect(lists[j].ts() != 0, true) ) {
     241                        w = (lists[i].ts() < lists[j].ts()) ? i : j;
     242                }
     243
     244                auto & list = lists[w];
     245                // If list looks empty retry
     246                if( list.ts() == 0 ) return nullptr;
     247
     248                // If we can't get the lock retry
     249                if( !list.lock.try_lock() ) return nullptr;
     250
     251                __attribute__((unused)) int num = numNonEmpty;
     252
     253                // If list is empty, unlock and retry
     254                if( list.ts() == 0 ) {
     255                        list.lock.unlock();
     256                        return nullptr;
     257                }
     258
     259                // Actually pop the list
     260                node_t * node;
     261                bool emptied;
     262                std::tie(node, emptied) = list.pop();
     263                assert(node);
     264
     265                if(emptied) {
     266                        numNonEmpty--;
     267                        size_t qword = w >> 6ull;
     268                        size_t bit   = w & 63ull;
     269                        assert((list_mask[qword] & (1ul << bit)) != 0);
     270                        __attribute__((unused)) bool ret = btr(list_mask[qword], bit);
     271                        assert(ret);
     272                        assert((list_mask[qword] & (1ul << bit)) == 0);
     273                }
     274
     275                // Unlock and return
     276                list.lock.unlock();
     277                assert(numNonEmpty >= 0);
     278                #ifndef NO_STATS
     279                        tls.pick.pop.success++;
     280                        tls.empty.pop.value += num;
     281                        tls.empty.pop.count += 1;
     282                #endif
     283                return node;
     284        }
    153285
    154286private:
     
    178310                sentinel_t before;
    179311                sentinel_t after;
    180                 stat s;
     312                #ifndef NO_STATS
     313                        stat s;
     314                #endif
    181315
    182316                static constexpr auto fields_offset = offsetof( node_t, _links );
     
    186320                        , after {{ head(), nullptr }}
    187321                {
    188                         assert((reinterpret_cast<uintptr_t>( head() ) + fields_offset) == reinterpret_cast<uintptr_t>(&before));
    189                         assert((reinterpret_cast<uintptr_t>( tail() ) + fields_offset) == reinterpret_cast<uintptr_t>(&after ));
    190                         assert(head()->_links.prev == nullptr);
    191                         assert(head()->_links.next == tail() );
    192                         assert(tail()->_links.next == nullptr);
    193                         assert(tail()->_links.prev == head() );
    194                         assert(sizeof(*this) == 128);
    195                         assert((intptr_t(this) % 128) == 0);
     322                        /* paranoid */ assert((reinterpret_cast<uintptr_t>( head() ) + fields_offset) == reinterpret_cast<uintptr_t>(&before));
     323                        /* paranoid */ assert((reinterpret_cast<uintptr_t>( tail() ) + fields_offset) == reinterpret_cast<uintptr_t>(&after ));
     324                        /* paranoid */ assert(head()->_links.prev == nullptr);
     325                        /* paranoid */ assert(head()->_links.next == tail() );
     326                        /* paranoid */ assert(tail()->_links.next == nullptr);
     327                        /* paranoid */ assert(tail()->_links.prev == head() );
     328                        /* paranoid */ assert(sizeof(*this) == 128);
     329                        /* paranoid */ assert((intptr_t(this) % 128) == 0);
    196330                }
    197331
     
    220354                }
    221355
    222                 inline void push(node_t * node, std::atomic_int & nonEmpty) {
     356                inline bool push(node_t * node) {
    223357                        assert(lock);
    224358                        assert(node->_links.ts != 0);
     
    232366                        prev->_links.next = node;
    233367                        tail->_links.prev = node;
    234                         if(before._links.ts == 0l) {
    235                                 nonEmpty += 1;
    236                                 before._links.ts = node->_links.ts;
    237                         }
    238368                        #ifndef NO_STATS
    239369                                if(enable_stats) s.diff++;
    240370                        #endif
    241                 }
    242 
    243                 inline node_t * pop(std::atomic_int & nonEmpty) {
     371                        if(before._links.ts == 0l) {
     372                                before._links.ts = node->_links.ts;
     373                                assert(node->_links.prev == this->head());
     374                                return true;
     375                        }
     376                        return false;
     377                }
     378
     379                inline std::pair<node_t *, bool> pop() {
    244380                        assert(lock);
    245381                        node_t * head = this->head();
     
    248384                        node_t * node = head->_links.next;
    249385                        node_t * next = node->_links.next;
    250                         if(node == tail) return nullptr;
     386                        if(node == tail) return {nullptr, false};
    251387
    252388                        head->_links.next = next;
    253389                        next->_links.prev = head;
    254390
     391                        #ifndef NO_STATS
     392                                if(enable_stats) s.diff--;
     393                        #endif
    255394                        if(next == tail) {
    256395                                before._links.ts = 0l;
    257                                 nonEmpty -= 1;
     396                                return {node, true};
    258397                        }
    259398                        else {
     
    261400                                before._links.ts = next->_links.ts;
    262401                                assert(before._links.ts != 0);
    263                         }
    264                         #ifndef NO_STATS
    265                                 if(enable_stats) s.diff--;
    266                         #endif
    267                         return node;
     402                                return {node, false};
     403                        }
    268404                }
    269405
     
    277413
    278414        static __attribute__((aligned(128))) thread_local struct TLS {
    279                 Random    rng = { int(rdtscl()) };
    280                 pick_stat pick;
     415                Random     rng = { int(rdtscl()) };
     416                pick_stat  pick;
     417                empty_stat empty;
    281418        } tls;
    282419
     420public:
     421        std::atomic_int numNonEmpty  = 0;  // number of non-empty lists
     422        std::atomic_size_t list_mask[7] = { 0 }; // which queues are empty
    283423private:
    284         std::atomic_int numNonEmpty; // number of non-empty lists
    285424        __attribute__((aligned(64))) std::unique_ptr<intrusive_queue_t []> lists;
    286425        const unsigned numLists;
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.