rculfhash: diminish index table memory consumption
authorMathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Mon, 11 Jul 2011 21:14:08 +0000 (17:14 -0400)
committerMathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Mon, 11 Jul 2011 21:14:08 +0000 (17:14 -0400)
- introduce log2 rcu table for resize.
- pull the dummy nodes into invariant per-log2-level tables.

Signed-off-by: Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
rculfhash.c

index 0c433e54050ea0ba311b91114f6c58b26222629e..606f46e904b2fde4e0c3f4be1e66d5e5a437929d 100644 (file)
@@ -38,7 +38,7 @@
 #include <stdio.h>
 #include <pthread.h>
 
-#define DEBUG          /* Test */
+//#define DEBUG                /* Test */
 
 #ifdef DEBUG
 #define dbg_printf(args...)     printf(args)
@@ -67,7 +67,7 @@ struct rcu_table {
        unsigned long resize_target;
        int resize_initiated;
        struct rcu_head head;
-       struct rcu_ht_node *tbl[0];
+       struct _rcu_ht_node *tbl[0];
 };
 
 struct rcu_ht {
@@ -144,30 +144,138 @@ unsigned long bit_reverse_ulong(unsigned long v)
 }
 
 /*
- * Algorithm to find the log2 of a 32-bit unsigned integer.
- * source: http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#IntegerLogLookup
- * Originally from Public Domain.
+ * fls: returns the position of the most significant bit.
+ * Returns 0 if no bit is set, else returns the position of the most
+ * significant bit (from 1 to 32 on 32-bit, from 1 to 64 on 64-bit).
  */
-static const char LogTable256[256] = 
+#if defined(__i386) || defined(__x86_64)
+static inline
+unsigned int fls_u32(uint32_t x)
+{
+       int r;
+
+       asm("bsrl %1,%0\n\t"
+           "jnz 1f\n\t"
+           "movl $-1,%0\n\t"
+           "1:\n\t"
+           : "=r" (r) : "rm" (x));
+       return r + 1;
+}
+#define HAS_FLS_U32
+#endif
+
+#if defined(__x86_64)
+static inline
+unsigned int fls_u64(uint64_t x)
 {
-#define LT(n) n, n, n, n, n, n, n, n, n, n, n, n, n, n, n, n
-       -1, 0, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3,
-       LT(4), LT(5), LT(5), LT(6), LT(6), LT(6), LT(6),
-       LT(7), LT(7), LT(7), LT(7), LT(7), LT(7), LT(7), LT(7)
-};
+       long r;
 
-uint32_t log2_u32(uint32_t v)
+       asm("bsrq %1,%0\n\t"
+           "jnz 1f\n\t"
+           "movq $-1,%0\n\t"
+           "1:\n\t"
+           : "=r" (r) : "rm" (x));
+       return r + 1;
+}
+#define HAS_FLS_U64
+#endif
+
+#ifndef HAS_FLS_U64
+static __attribute__((unused))
+unsigned int fls_u64(uint64_t x)
 {
-       uint32_t t, tt;
+       unsigned int r = 64;
+
+       if (!x)
+               return 0;
 
-       if ((tt = (v >> 16)))
-               return (t = (tt >> 8))
-                               ? 24 + LogTable256[t]
-                               : 16 + LogTable256[tt];
-       else
-               return (t = (v >> 8))
-                               ? 8 + LogTable256[t]
-                               : LogTable256[v];
+       if (!(x & 0xFFFFFFFF00000000ULL)) {
+               x <<= 32;
+               r -= 32;
+       }
+       if (!(x & 0xFFFF000000000000ULL)) {
+               x <<= 16;
+               r -= 16;
+       }
+       if (!(x & 0xFF00000000000000ULL)) {
+               x <<= 8;
+               r -= 8;
+       }
+       if (!(x & 0xF000000000000000ULL)) {
+               x <<= 4;
+               r -= 4;
+       }
+       if (!(x & 0xC000000000000000ULL)) {
+               x <<= 2;
+               r -= 2;
+       }
+       if (!(x & 0x8000000000000000ULL)) {
+               x <<= 1;
+               r -= 1;
+       }
+       return r;
+}
+#endif
+
+#ifndef HAS_FLS_U32
+static __attribute__((unused))
+unsigned int fls_u32(uint32_t x)
+{
+       unsigned int r = 32;
+
+       if (!x)
+               return 0;
+       if (!(x & 0xFFFF0000U)) {
+               x <<= 16;
+               r -= 16;
+       }
+       if (!(x & 0xFF000000U)) {
+               x <<= 8;
+               r -= 8;
+       }
+       if (!(x & 0xF0000000U)) {
+               x <<= 4;
+               r -= 4;
+       }
+       if (!(x & 0xC0000000U)) {
+               x <<= 2;
+               r -= 2;
+       }
+       if (!(x & 0x80000000U)) {
+               x <<= 1;
+               r -= 1;
+       }
+       return r;
+}
+#endif
+
+unsigned int fls_ulong(unsigned long x)
+{
+#if (CAA_BITS_PER_lONG == 32)
+       return fls_u32(x);
+#else
+       return fls_u64(x);
+#endif
+}
+
+int get_count_order_u32(uint32_t x)
+{
+       int order;
+
+       order = fls_u32(x) - 1;
+       if (x & (x - 1))
+               order++;
+       return order;
+}
+
+int get_count_order_ulong(unsigned long x)
+{
+       int order;
+
+       order = fls_ulong(x) - 1;
+       if (x & (x - 1))
+               order++;
+       return order;
 }
 
 static
@@ -177,9 +285,12 @@ static
 void check_resize(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t,
                  uint32_t chain_len)
 {
+       if (chain_len > 100)
+               dbg_printf("rculfhash: WARNING: large chain length: %u.\n",
+                          chain_len);
        if (chain_len >= CHAIN_LEN_RESIZE_THRESHOLD)
                ht_resize_lazy(ht, t,
-                       log2_u32(chain_len - CHAIN_LEN_TARGET - 1));
+                       get_count_order_u32(chain_len - CHAIN_LEN_TARGET + 1));
 }
 
 static
@@ -265,7 +376,8 @@ struct rcu_ht_node *_ht_add(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t,
 {
        struct rcu_ht_node *iter_prev, *iter, *next, *new_node, *new_next,
                        *dummy_node;
-       unsigned long hash;
+       struct _rcu_ht_node *lookup;
+       unsigned long hash, index, order;
 
        if (!t->size) {
                assert(dummy);
@@ -280,7 +392,10 @@ struct rcu_ht_node *_ht_add(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t,
                 * iter_prev points to the non-removed node prior to the
                 * insert location.
                 */
-               iter_prev = rcu_dereference(t->tbl[hash & (t->size - 1)]);
+               index = hash & (t->size - 1);
+               order = get_count_order_ulong(index + 1);
+               lookup = &t->tbl[order][index & ((1UL << (order - 1)) - 1)];
+               iter_prev = (struct rcu_ht_node *) lookup;
                /* We can always skip the dummy node initially */
                iter = rcu_dereference(iter_prev->p.next);
                assert(iter_prev->p.reverse_hash <= node->p.reverse_hash);
@@ -299,7 +414,8 @@ struct rcu_ht_node *_ht_add(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t,
                                                clear_flag(iter)->key_len))
                                return clear_flag(iter);
                        /* Only account for identical reverse hash once */
-                       if (iter_prev->p.reverse_hash != clear_flag(iter)->p.reverse_hash)
+                       if (iter_prev->p.reverse_hash != clear_flag(iter)->p.reverse_hash
+                           && !is_dummy(next))
                                check_resize(ht, t, ++chain_len);
                        iter_prev = clear_flag(iter);
                        iter = next;
@@ -332,7 +448,10 @@ struct rcu_ht_node *_ht_add(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t,
        }
 gc_end:
        /* Garbage collect logically removed nodes in the bucket */
-       dummy_node = rcu_dereference(t->tbl[hash & (t->size - 1)]);
+       index = hash & (t->size - 1);
+       order = get_count_order_ulong(index + 1);
+       lookup = &t->tbl[order][index & ((1UL << (order - 1)) - 1)];
+       dummy_node = (struct rcu_ht_node *) lookup;
        _ht_gc_bucket(dummy_node, node);
        return node;
 }
@@ -341,8 +460,9 @@ static
 int _ht_remove(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t, struct rcu_ht_node *node)
 {
        struct rcu_ht_node *dummy, *next, *old;
+       struct _rcu_ht_node *lookup;
        int flagged = 0;
-       unsigned long hash;
+       unsigned long hash, index, order;
 
        /* logically delete the node */
        old = rcu_dereference(node->p.next);
@@ -364,7 +484,10 @@ int _ht_remove(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t, struct rcu_ht_node *node)
         * if found.
         */
        hash = bit_reverse_ulong(node->p.reverse_hash);
-       dummy = rcu_dereference(t->tbl[hash & (t->size - 1)]);
+       index = hash & (t->size - 1);
+       order = get_count_order_ulong(index + 1);
+       lookup = &t->tbl[order][index & ((1UL << (order - 1)) - 1)];
+       dummy = (struct rcu_ht_node *) lookup;
        _ht_gc_bucket(dummy, node);
 end:
        /*
@@ -380,20 +503,34 @@ end:
 
 static
 void init_table(struct rcu_ht *ht, struct rcu_table *t,
-               unsigned long first, unsigned long len)
-{
-       unsigned long i, end;
-
-       end = first + len;
-       for (i = first; i < end; i++) {
-               /* Update table size when power of two */
-               if (i != 0 && !(i & (i - 1)))
-                       t->size = i;
-               t->tbl[i] = calloc(1, sizeof(struct _rcu_ht_node));
-               t->tbl[i]->p.reverse_hash = bit_reverse_ulong(i);
-               (void) _ht_add(ht, t, t->tbl[i], 0, 1);
+               unsigned long first_order, unsigned long len_order)
+{
+       unsigned long i, end_order;
+
+       dbg_printf("rculfhash: init table: first_order %lu end_order %lu\n",
+                  first_order, first_order + len_order);
+       end_order = first_order + len_order;
+       t->size = !first_order ? 0 : (1UL << (first_order - 1));
+       for (i = first_order; i < end_order; i++) {
+               unsigned long j, len;
+
+               len = !i ? 1 : 1UL << (i - 1);
+               dbg_printf("rculfhash: init order %lu len: %lu\n", i, len);
+               t->tbl[i] = calloc(len, sizeof(struct _rcu_ht_node));
+               for (j = 0; j < len; j++) {
+                       dbg_printf("rculfhash: init entry: i %lu j %lu hash %lu\n",
+                                  i, j, !i ? 0 : (1UL << (i - 1)) + j);
+                       struct rcu_ht_node *new_node =
+                               (struct rcu_ht_node *) &t->tbl[i][j];
+                       new_node->p.reverse_hash =
+                               bit_reverse_ulong(!i ? 0 : (1UL << (i - 1)) + j);
+                       (void) _ht_add(ht, t, new_node, 0, 1);
+               }
+               /* Update table size */
+               t->size = !i ? 1 : (1UL << i);
+               dbg_printf("rculfhash: init new size: %lu\n", t->size);
        }
-       t->resize_target = t->size = end;
+       t->resize_target = t->size;
        t->resize_initiated = 0;
 }
 
@@ -405,6 +542,7 @@ struct rcu_ht *ht_new(ht_hash_fct hash_fct,
                                void (*func)(struct rcu_head *head)))
 {
        struct rcu_ht *ht;
+       unsigned long order;
 
        ht = calloc(1, sizeof(struct rcu_ht));
        ht->hash_fct = hash_fct;
@@ -414,11 +552,12 @@ struct rcu_ht *ht_new(ht_hash_fct hash_fct,
        ht->in_progress_resize = 0;
        /* this mutex should not nest in read-side C.S. */
        pthread_mutex_init(&ht->resize_mutex, NULL);
+       order = get_count_order_ulong(max(init_size, 1)) + 1;
        ht->t = calloc(1, sizeof(struct rcu_table)
-                      + (max(init_size, 1) * sizeof(struct rcu_ht_node *)));
+                      + (order * sizeof(struct _rcu_ht_node *)));
        ht->t->size = 0;
        pthread_mutex_lock(&ht->resize_mutex);
-       init_table(ht, ht->t, 0, max(init_size, 1));
+       init_table(ht, ht->t, 0, order);
        pthread_mutex_unlock(&ht->resize_mutex);
        return ht;
 }
@@ -427,13 +566,19 @@ struct rcu_ht_node *ht_lookup(struct rcu_ht *ht, void *key, size_t key_len)
 {
        struct rcu_table *t;
        struct rcu_ht_node *node, *next;
-       unsigned long hash, reverse_hash;
+       struct _rcu_ht_node *lookup;
+       unsigned long hash, reverse_hash, index, order;
 
        hash = ht->hash_fct(key, key_len, ht->hash_seed);
        reverse_hash = bit_reverse_ulong(hash);
 
        t = rcu_dereference(ht->t);
-       node = rcu_dereference(t->tbl[hash & (t->size - 1)]);
+       index = hash & (t->size - 1);
+       order = get_count_order_ulong(index + 1);
+       lookup = &t->tbl[order][index & ((1UL << (order - 1)) - 1)];
+       dbg_printf("rculfhash: lookup hash %lu index %lu order %lu aridx %lu\n",
+                  hash, index, order, index & ((1UL << (order - 1)) - 1));
+       node = (struct rcu_ht_node *) lookup;
        for (;;) {
                if (unlikely(!node))
                        break;
@@ -490,11 +635,13 @@ int ht_delete_dummy(struct rcu_ht *ht)
 {
        struct rcu_table *t;
        struct rcu_ht_node *node;
-       unsigned long i;
+       struct _rcu_ht_node *lookup;
+       unsigned long order, i;
 
        t = ht->t;
        /* Check that the table is empty */
-       node = t->tbl[0];
+       lookup = &t->tbl[0][0];
+       node = (struct rcu_ht_node *) lookup;
        do {
                node = clear_flag(node)->p.next;
                if (!is_dummy(node))
@@ -502,9 +649,17 @@ int ht_delete_dummy(struct rcu_ht *ht)
                assert(!is_removed(node));
        } while (clear_flag(node));
        /* Internal sanity check: all nodes left should be dummy */
-       for (i = 0; i < t->size; i++) {
-               assert(is_dummy(t->tbl[i]->p.next));
-               free(t->tbl[i]);
+       for (order = 0; order < get_count_order_ulong(t->size) + 1; order++) {
+               unsigned long len;
+
+               len = !order ? 1 : 1UL << (order - 1);
+               for (i = 0; i < len; i++) {
+                       dbg_printf("rculfhash: delete order %lu i %lu hash %lu\n",
+                               order, i,
+                               bit_reverse_ulong(t->tbl[order][i].reverse_hash));
+                       assert(is_dummy(t->tbl[order][i].next));
+               }
+               free(t->tbl[order]);
        }
        return 0;
 }
@@ -534,13 +689,16 @@ void ht_count_nodes(struct rcu_ht *ht,
 {
        struct rcu_table *t;
        struct rcu_ht_node *node, *next;
+       struct _rcu_ht_node *lookup;
+       unsigned long nr_dummy = 0;
 
        *count = 0;
        *removed = 0;
 
        t = rcu_dereference(ht->t);
-       /* Check that the table is empty */
-       node = rcu_dereference(t->tbl[0]);
+       /* Count non-dummy nodes in the table */
+       lookup = &t->tbl[0][0];
+       node = (struct rcu_ht_node *) lookup;
        do {
                next = rcu_dereference(node->p.next);
                if (is_removed(next)) {
@@ -548,8 +706,11 @@ void ht_count_nodes(struct rcu_ht *ht,
                        (*removed)++;
                } else if (!is_dummy(next))
                        (*count)++;
+               else
+                       (nr_dummy)++;
                node = clear_flag(next);
        } while (node);
+       dbg_printf("rculfhash: number of dummy nodes: %lu\n", nr_dummy);
 }
 
 static
@@ -564,23 +725,25 @@ void ht_free_table_cb(struct rcu_head *head)
 static
 void _do_ht_resize(struct rcu_ht *ht)
 {
-       unsigned long new_size, old_size;
+       unsigned long new_size, old_size, old_order, new_order;
        struct rcu_table *new_t, *old_t;
 
        old_t = ht->t;
        old_size = old_t->size;
+       old_order = get_count_order_ulong(old_size) + 1;
 
        new_size = CMM_LOAD_SHARED(old_t->resize_target);
-       dbg_printf("rculfhash: resize from %lu to %lu buckets\n",
-                  old_size, new_size);
        if (old_size == new_size)
                return;
+       new_order = get_count_order_ulong(new_size) + 1;
+       dbg_printf("rculfhash: resize from %lu (order %lu) to %lu (order %lu) buckets\n",
+                  old_size, old_order, new_size, new_order);
        new_t = malloc(sizeof(struct rcu_table)
-                       + (new_size * sizeof(struct rcu_ht_node *)));
+                       + (new_order * sizeof(struct _rcu_ht_node *)));
        assert(new_size > old_size);
        memcpy(&new_t->tbl, &old_t->tbl,
-              old_size * sizeof(struct rcu_ht_node *));
-       init_table(ht, new_t, old_size, new_size - old_size);
+              old_order * sizeof(struct _rcu_ht_node *));
+       init_table(ht, new_t, old_order, new_order - old_order);
        /* Changing table and size atomically wrt lookups */
        rcu_assign_pointer(ht->t, new_t);
        ht->ht_call_rcu(&old_t->head, ht_free_table_cb);
This page took 0.031219 seconds and 4 git commands to generate.