软件事务内存的动态竞争管理策略

软件事务内存是为了简化并行程序设计而出现的一种新的程序设计技术.为了降低软件事务内存系统中事务冲突的发生频率以提升系统整体性能,提出了一种新的基于动态控制和队列调度的竞争管理策略.定义了竞争强度的概念和系统总体框架,并在此基础上给出了利用运行时反馈信息动态调节竞争强度的方法.同时给出了事务序列化的设计方法与实现中应注意的问题,通过将冲突概率大的事务序列化以达到避免相同冲突再次发生的目的.结合常用的基准数据结构,对模型和算法进行了实验,最后结果表明了算法的正确性和有效性.     

STM多事务竞争冲突下竞争管理策略的研究

事务存储系统是一种高层次抽象并行编程模型,目的为方便开发并行程序。事务存储系统中的竞争管理模块用于解决事务之间的冲突。传统的事务竞争管理策略只负责仲裁两个冲突事务之间的冲突．提出将多个事务及事务冲突关联转换成一张无向图,基于全局事务冲突情景,利用图顶点着色技术求解无向图中最大独立集。最大独立集中事务相互不冲突,CM仲裁处理并发执行,实现系统并发最大化。     

事务存储中的一种自适应冲突检测算法

事务存储被认为是极具前景的多核处理器并行编程的手段,但存在开销过大的问题。采用Bloom Filter对事务间访问共享变量进行冲突检测,能够有效地降低开销,但其存在误判会导致不必要的事务作废,因此要尽可能减少。简要介绍了Bloom Filter和事务存储,提出了一种事务存储的自适应冲突检测算法ACDA,根据事务读写集合大小自适应地调整Bloom Filter的位串大小,在较低开销的情况下,保持误判率不增加。分析了软件事务存储中实现ACDA的特点,初步实现ACDA,与主流软件事务存储实现RSTM相比,在事务存储测试程序STAMP中,开销可接受的前提下,减少因误判而作废的事务最高达93%。给出了对ACDA哈希函数进一步优化的思路。     

采用向量时钟的软件事务存储算法

在多核处理器上,事务存储是一种有望取代锁的同步手段。软件事务存储不需要增加额外硬件支持,就可以充分利用当前商业多核处理器的多线程能力。提出一种软件事务存储实现算法VectorSTM,该算法不需要使用原子操作。VectorSTM采用分布的向量时钟来跟踪各线程事务执行情况,能够提供更高的并发度。对事务存储基准程序STAMP的测试表明,VectorSTM在性能或者语义上比软件事务存储算法TL2和RingSTM有优势。     

事务存储研究

为了研究多核处理器系统上的并行编程问题,开展了对事务存储模型的研究.阐述了事务存储,介绍了事务存储系统的实现方法,利用4种事务存储系统详细阐述了事务存储的实现;重点讨论了6种影响事务存储发展的关键技术,即实现方式、数据结构组织、并发控制,冲突检测、争用管理等;提出了事务存储将向着软硬件结合、提升性能、提高正确性和满足多核应用需求的方向发展.     

基于事务存储的事务级线程切换

针对目前TM系统将现有操作系统优化以提供良好的事务支持,研究基于LogTM系统的事务级线程切换,通过分析现有结构和修改操作系统的相关模块信息,为事务级线程切换提供支持,使事务化线程能够在操作系统调度下高效运行。     

面向多核的基于RSTM系统的冲突管理策略

程序并行化是充分发挥多核处理器性能的有效手段。现有编程模型受锁、管道等同步方式的约束,并行度很难提高。针对上述问题,提出一种面向多核的基于Rochester软件事务存储(RSTM)系统的冲突管理策略,在现有编程语言中提供接口,通过事务方式提高程序并行度,以优先级方式解决2个事务发生冲突时的裁决问题,减少不必要的一致性验证,减小系统开销。     

事务存储并行程序编程接口研究

事务存储并行程序编程接口按照实现方式和实现层次的不同,分为三种形式:库函数接口、语言扩展和编译器指导命令。本文以RSTM、英特尔C/C++软件事务存储编译器原型和OpenTM为例,讨论了三种事务存储编程接口的特点,对OpenTM编程接口进行了扩展和完善,并对未来编程接口的发展进行了展望。     

基于OpenMP的事务存储同步语义研究

多核处理器环境下必须解决多核处理器的并行编程问题,才能够充分发挥多核处理器的性能.事务存储(Transactional Memory)机制提供了一种在多核环境下程序并行执行和同步的方法.已有的工作已将事务存储扩展到了OpenMP,为程序员提供满足事务原子性、一致性和隔离性的共享存储访问.但当前事务存储的语义并不完善,事务间不能交换中间结果,不能实现锁的部分语义.提出并实现了一种基于开放嵌套的事务存储的同步语义,从而解决了事务间不能交换中间结果的问题,增强了扩展事务存储后OpenMP的并行编程能力.     

基于键值存储的事务控制策略

介绍基于键值存储的优点以及发展趋势，提出键值存储模型中支持事务的方法。新型的键值存储数据库应该具备传统数据库的事务能力，新型数据库实现事务控制，需要与传统关系型数据库不同的策略，本文描述使用写前日志WAL（Write-ahead Log）和并发版本系统CVS（Concurrent Versions System）的事务控制，满足ACID特性。     

集群上软件事务内存的层次化冲突检测

大多数事务内存研究都在多核处理器上进行,只有少数研究针对集群计算环境。现有的集群事务内存性能较差,因为事务内存的运行需要进行大量的远程内存访问,而集群的内存分布性使得远程内存访问的性能较差。事务内存运行中的冲突检测是进行远程内存访问最多的操作。我们提出了一种层次化的冲突检测方法,将其分为两个步骤进行,这种层次化的策略可以使集群上的软件事务内存获得高性能。     

基于C#语言的事务内存系统

事务内存是一种新的易于使用的同步技术,能使多线程程序高效地并行执行,目前大多数事务内存系统都处于研究实验阶段,尚未具备实际应用价值,或需要依赖特殊硬件实现。针对该现状,提出一种利用C#语言设计与实现的纯软件的事务内存系统,包括事务对象定义以及对事务对象的并行访问方法,并给出处理事务冲突的策略。实验结果表明,该系统是一种高效简洁的同步实现机制。     

一种支持操作系统的硬件事务内存系统

本文分析了目前提出的硬件事务内存系统在支持线程切换及迁移、内存页置换、系统调用等方面存在的问题,并提出了新的支持操作系统的实现方案DTM。DTM采用单独的面向事务处理的一致性协议来检测及仲裁事务间冲突,与传统的事务内存系统相比,DTM具有实现简单、可扩展性好及性能上的优势。     

基于依赖图的硬件事务存储技术研究

事务存储技术能够简化并行程序中对共享资源的访问控制,是当前的研究热点之一.目前,多数基于硬件的事务存储系统采用基于冲突检测与处理的并发控制协议,当检测到两事务发生冲突时就中止二者之一.但是对事务间"冲突"更深入的分析表明,某些"冲突"并不一定会导致事务的回退,这种冲突称为"弱冲突".基于依赖图的硬件事务存储技术能够避免弱冲突引发的多余事务回退.模拟实验表明,基于依赖图的事务存储系统与基于冲突处理的事务存储系统相比具有明显的性能优势.     

面向数据库的持久化事务内存

硬件事务内存(hardware transactional memory, HTM)和可字节寻址的非易失性内存(nonvolatile memory, NVM)已经可以在新的计算机设备中使用.使用HTM确保一致性和隔离性,使用NVM确保持久性,组合使用两者可以实现满足原子性、一致性、隔离性和持久性(atomicity, consistency, isolation and durability, ACID)特性的事务.ACID事务在数据库中非常有价值,但由于数据库事务通常较大,其面临的挑战是HTM固有的容量限制和争用水平.首先提出了一种通过HTM进行ACID事务处理的软硬件解决方案——持久化HTM(persistent HTM, PHTM).使用2种方法来消除PHTM的局限性:1)持久化混合事务内存(persistent hybrid TM, PHyTM),允许PHTM事务与支持任意大小的纯软件事务(software transactional memory, STM)并发执行;2)分离事务执行(split transaction execution, STE)算法,该算法为关系数据库事务量身定制,解决了大多数事务超过PHTM的容量限制的问题.简而言之,讨论了利用NVM将HTM扩展到ACID数据库事务的问题.     

Reducing Transaction Processing Latency in Hardware Transactional Memory-based Database with Non-volatile Memory

The emergency of Hardware Transactional Memory (HTM) has greatly boosted the transaction processing performance in in-memory databases. However, the group commit protocol, aiming at reducing the impact from slow storage devices, leads to high transaction commit latency. Non-Volatile Memory (NVM) opens opportunities for reducing transaction commit latency. However, HTM cannot cooperate with NVM together: flushing data to NVM will always cause HTM to abort. In this paper, we propose a technique called parity version to decouple the process of HTM execution and NVM write. Thus, the transactions can correctly and efficiently use NVM to reduce their commit latency with HTM. We have integrated this technique into DBX, a state-of-the-art HTM-based database, and propose DBXN: a low-latency and high-throughput in-memory transaction processing system. Evaluations using typical OLTP workloads including TPC-C show that it has 99% lower latency and 2.1 times higher throughput than DBX.     

事务存储系统中PGHB冲突检测算法研究

事务存储系统是一种全新的多核体系结构,为并行编程提供了一个简洁高效的编程环境。基于Signature的冲突检测算法是事务存储系统中很有前景的一种冲突检测方法,其误判率直接影响系统性能。GHB算法是一种优秀的冲突检测算法,具有较低的误判率,但硬件实现开销较大。本文对GHB冲突检测算法进行进一步改进,提出了一种PGHB算法。与GHB算法相比,PGHB算法在硬件开销和误判率两者之间取得了更好的折衷。     

事务存储系统

多核处理器性能的发挥依靠程序的并行,共享存储并行编程模型为大多数多核处理器所采用,而有效同步多个线程对共享变量的访问是其关键、也是难题.借鉴数据库中事务的思想,人们提出事务存储(transactional memory),旨在提供一种编程简单,对程序正确性推理容易的同步手段.简介了事务存储的起源,诠释了事务存储系统的概念.论述了事务存储的编程接口和执行模型.讨论了事务存储系统所涉及的主要内容,对各种方法和策略进行了比较.对事务存储中有待解决的问题进行了探讨.最后介绍了几个开源的事务存储研究平台.     

基于事务回退的事务存储系统的故障恢复

针对事务存储系统机制下的容错问题,提出一种基于事务回退的事务存储系统的故障恢复方法.该方法利用事务存储系统自身的版本管理机制,避免了额外的检查点数据保存开销,从而实现了事务存储系统高效的故障恢复.通过对容错事务存储系统的隔离性证明了该方法的正确性.最后,使用包括4个SPLASH-2典型用例在内的5个测试程序对该方法进行了性能测试.实验结果表明,与经典的Checkpointing机制相比,该方法在避免了额外的检查点数据保存开销的同时,还具有较低的故障恢复开销.