いいかげんな人のためのTransactional Memory Primer

はやみずゆうと (早水悠登)
id:hayamiz, @hayamiz
修士課程入院1年目
研究室：情報爆発の爆心地
就職活動中だれか雇って！
卒論：Transactional Memory関係
現在：データベース関係

Transactional Memory Primer 2

1. Transactional Memory(TM)とは
2. 現状(のような話)
1. Hardware TM
2. Software TM
3. STMメリット、デメリット
4. (時間があったら)おまけ


知ってる人はどのくらいいる？


並列プログラムの同期手法の１つ
ロック（排他的制御）によっておこる困った
問題をいくつか解決してくれる
Dead lock
Priority inversion
…
×ロックの代替


ロックによる並列制御
スレッドA スレッドB
Lock(m)
Lock(m)


ロックによる並列制御
スレッドA スレッドB
Start Txn
Start Txn
TMload(x)
TMstore(y,x+1)
衝突
TMload(y)
TMstore(x,y+1)
Restart Txn


ロック
排他的
悲観的 … みんなでさわるとマズいよね、、、
Transactional Memory
投機的
楽観的 … マズいことになったらリセットすれ
ばいいじゃん

イメージはつかめましたか？


クリティカルセクション
→トランザクション
Lock(mutex) → Start transaction
Unlock(mutex) → Commit transaction
共有メモリアクセス
→ TMのメモリアクセスAPI


1. Hardware TM
2. Software TM


1. Hardware Transactional Memory
2. Software Transactional Memory

Hybrid Transactional Memory
忘れ去られてる感


元祖TM (Maurice Herlihy, 1993)
最近まで：シミュレータの実装のみ
最近：Sun Rock Processor
とうとう動くハードウェアが登場か?
延期
延期


Sun買収＼(^o^)／


Sun Rock Processor
プロトタイプ実装の論文は出ている
何ができるの?
K-word Compare&Swap が作れたり
効率良く lock-free data structure が実装できたり
複雑な処理 ×
トランザクションのリスタート：TLB miss, async
interrupt, branch misprediction, floating point division,
…


アカデミックの世界で流行
PPoPP 2007 2本
PPoPP 2008 9本
PPoPP 2009 4本
PPoPP 2010 8本
ライブラリ、言語も増えつつある
DSTM2(Java), Deuce STM(Java),
TinySTM(C/C++), TL2(C), RSTM(C++),
Clojure


使い物になるの？
速さが必要なものには使えない
２～３倍遅くなる
スクリプト言語の機能としてはアリでは？
複雑なデータ構造：有効そう
例：巨大なグラフ、ハッシュテーブル
→各スレッドは一度にごく一部しか編集しない
→データの競合がない
→スケールする


1. Hardware TM
2. Software TM


Hardware TM … できないことが多すぎる
ので割愛


○ Deadlockが起こらない
ヤバくなったらリセットすればおｋ


○ Composable
ロックを使ったプログラム … ロックする順番
に気をつける必要
STM … どんどんトランザクションをネストし
てもおｋ


○ Composable

Lock(A) Lock(B)
Function Function
call Lock(B) call Lock(A)

祝・デッドロック

○ Priority inversionがおきない

High

うごけない！！
Middle

Low

Priority


Mars Pathfinder
Priority inversionが
原因で再起動
Realtime systemで
は致命的


トランザクション同時が衝突したとき
優先度に応じてリスタートするトランザク
ションを決定
できるらしい


× データ競合が頻発する場合くそ遅い
トランザクションがリスタートしまくる
カウンタのインクリメント
線形リストのinsertion, deletion


× 取り消し可能な命令しかトランザク
ション中に実行できない
リスタートできないといけない
I/Oができない!!!
I/Oを実行するトランザクションは排他的に、
という逃げの手段も
TMのメリットが損なわれてしまう


ほかにもいろいろ、、、
もう忘れました


Hardware TM
搭載製品が世に出ることはあるのだろうか、、
Software TM
いろいろ制限はあるけれど
いろいろメリットもあります
嬉しいシーンはあるはず
Clojure！


道具としてのsoftware transactional
memory
Atomic blockの一実装
parallelFor(i <- 0..99) {
atomic {
y[i] = x[i+1] + x[i];
}
}
Lock Allocation

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