rcuja: use pool of linear array instead of bitmap
authorMathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Fri, 9 Mar 2012 23:14:21 +0000 (18:14 -0500)
committerMathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Tue, 14 May 2013 14:19:47 +0000 (16:19 +0200)
Signed-off-by: Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
rcuja/design.txt
rcuja/rcuja.c

index 947f61abc383da89abbd9cb2c4bb7a75bcc8d7eb..425d80d421957881f0f26f1f4bca070ae6d9621c 100644 (file)
@@ -89,31 +89,39 @@ Array of 8-bit values followed by array of associated pointers.
 64-bit: 1 byte + 113 bytes + 6 bytes pad + 113*8 = 1024 bytes
 
 
-- Type B: bitmap, followed by pointers array.
+- Type B: pools of values and pointers arrays
 
-bitmask (256 entries -> 256 bits -> 32 bytes) of populated children
-followed by an array of children pointers, in same order as appears in
-the bitmask
+Pools of values and pointers arrays. Each pool values array is 32-bytes
+in size (so it fits in a L1 cacheline). Each pool begins with an 8-bit
+integer, which is the number of children in this pool, followed by an
+array of 8-bit values, padding, and an array of pointers. Values and
+pointer arrays are associated as in Type A.
 
-+ Allows lookup failure to use 32-byte cache-line only. (1 cacheline)
-+ Allows lookup success to use 32-byte cache-line (bitmap),
-  followed by direct lookup into pointer array. (2 cachelines)
+The entries of a node are associated to their respective pool based
+on their index position.
 
-Filled at 8 entries 32-bit, 12 entries 64-bit
-32-bit: 32 + (4*8) ->  64 bytes
-64-bit: 32 + (8*12) ->  128 bytes
++ Allows lookup failure to use 1 32-byte cache-line only. (1 cacheline)
+  lookup success: 2 cache lines.
 
-Filled at 24 entries 32-bit, 28 entries 64-bit
-32-bit: 32 + (4*24) ->  128 bytes
-64-bit: 32 + (8*28) ->  256 bytes
++ Allows in-place updates without reallocation, except when a pool is
+  full. (this was not possible with bitmap-based nodes)
+- If one pool exhausts its space, we need to increase the node size.
+  Therefore, for very dense populations, we will end up using the
+  pigeon-hole node type sooner, thus consuming more space.
 
-Filled at 56 entries 32-bit, 60 entries 64-bit
-32-bit: 32 + (4*56) ->  256 bytes
-64-bit: 32 + (8*60) ->  512 bytes
+Pool configuration:
 
-Filled at 120 entries 32-bit, 124 entries 64-bit
-32-bit: 32 + (4*95) ->  512 bytes
-64-bit: 32 + (8*124) ->  1024 bytes
+Per pool, filled at 25 entries (32-bit), 28 entries (64-bit)
+32-bit: 1 byte + 25 bytes + 2 bytes pad + 25*4bytes = 128 bytes
+64-bit: 1 byte + 28 bytes + 3 bytes pad + 28*8 = 256 bytes
+
+Total up to 50 entries (32-bit), 56 entries (64-bit)
+2 pools: 32-bit = 256 bytes
+2 pools: 64-bit = 512 bytes
+
+Total up to 100 entries (32-bit), 112 entries (64-bit)
+4 pools: 32-bit = 512 bytes
+4 pools: 32-bit = 1024 bytes
 
 
 - Type C: pigeon-hole array
@@ -152,17 +160,18 @@ up to 6 children
 
 up to 12 children
 
-- Type B: bitmap, followed by pointers array.
-- 2 cache line hit for lookup success
 - 128 bytes storage
 
-up to 24 children
+up to 25 children
+
+- Type B: pool
 
 - 256 bytes storage
-up to 56 children
+
+up to 50 children
 
 - 512 bytes storage
-up to 120 children
+up to 100 children
 
 - Type C: pigeon-hole array
 - 1 cache line hit for lookup success
@@ -192,17 +201,17 @@ up to 7 children
 
 up to 14 children
 
-- Type B: bitmap, followed by pointers array.
-- 2 cache line hit for lookup success
 - 256 bytes storage
 
 up to 28 children
 
+- Type B: pool
+
 - 512 bytes storage
-up to 60 children
+up to 56 children
 
 - 1024 bytes storage
-up to 124 children
+up to 112 children
 
 - Type C: pigeon-hole array
 - 1 cache line hit for lookup success
@@ -224,14 +233,14 @@ Types of children:
 
 enum child_type {
        RCU_JA_LINEAR = 0,      /* Type A */
-                       /* 32-bit: 1 to 12 children, 8 to 64 bytes */
-                       /* 64-bit: 1 to 14 children, 16 to 128 bytes */
-       RCU_JA_BITMAP = 1,      /* Type B */
-                       /* 32-bit: 13 to 120 children, 128 to 512 bytes */
-                       /* 64-bit: 15 to 124 children, 256 to 1024 bytes */
+                       /* 32-bit: 1 to 25 children, 8 to 128 bytes */
+                       /* 64-bit: 1 to 28 children, 16 to 256 bytes */
+       RCU_JA_POOL = 1,        /* Type B */
+                       /* 32-bit: 26 to 100 children, 256 to 512 bytes */
+                       /* 64-bit: 29 to 112 children, 512 to 1024 bytes */
        RCU_JA_PIGEON = 2,      /* Type C */
-                       /* 32-bit: 121 to 256 children, 1024 bytes */
-                       /* 64-bit: 125 to 256 children, 2048 bytes */
+                       /* 32-bit: 101 to 256 children, 1024 bytes */
+                       /* 64-bit: 113 to 256 children, 2048 bytes */
        /* Leaf nodes are implicit from their height in the tree */
 };
 
index 8d3bfd70ea64ecaf9264f380adb9a14ccc8d35ac..04cbd6c29ea4401eca0bd612605bb3fea178cc95 100644 (file)
 
 enum rcu_ja_type_class {
        RCU_JA_LINEAR = 0,      /* Type A */
-                       /* 32-bit: 1 to 12 children, 8 to 64 bytes */
-                       /* 64-bit: 1 to 14 children, 16 to 128 bytes */
-       RCU_JA_BITMAP = 1,      /* Type B */
-                       /* 32-bit: 13 to 120 children, 128 to 512 bytes */
-                       /* 64-bit: 15 to 124 children, 256 to 1024 bytes */
+                       /* 32-bit: 1 to 25 children, 8 to 128 bytes */
+                       /* 64-bit: 1 to 28 children, 16 to 256 bytes */
+       RCU_JA_POOL = 1,        /* Type B */
+                       /* 32-bit: 26 to 100 children, 256 to 512 bytes */
+                       /* 64-bit: 29 to 112 children, 512 to 1024 bytes */
        RCU_JA_PIGEON = 2,      /* Type C */
-                       /* 32-bit: 121 to 256 children, 1024 bytes */
-                       /* 64-bit: 125 to 256 children, 2048 bytes */
+                       /* 32-bit: 101 to 256 children, 1024 bytes */
+                       /* 64-bit: 113 to 256 children, 2048 bytes */
        /* Leaf nodes are implicit from their height in the tree */
 };
 
@@ -47,6 +47,8 @@ struct rcu_ja_type {
        uint16_t min_child;     /* minimum number of children: 1 to 256 */
        uint16_t max_child;     /* maximum number of children: 1 to 256 */
        uint16_t order;         /* node size is (1 << order), in bytes */
+       uint16_t nr_pool_order;         /* number of pools */
+       uint16_t pool_size_order;       /* pool size */
 };
 
 /*
@@ -79,12 +81,14 @@ const struct rcu_ja_type ja_types[] = {
        { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = 3, .order = 4, },
        { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 3, .max_child = 6, .order = 5, },
        { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 4, .max_child = 12, .order = 6, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 10, .max_child = 25, .order = 7, },
 
-       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 10, .max_child = 24, .order = 7, },
-       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 20, .max_child = 56, .order = 8, },
-       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 46, .max_child = 120, .order = 9, },
+       /* Pools may fill sooner than max_child */
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 20, .max_child = 50, .order = 8, .nr_pool_order = 1, .pool_size_order = 7, },
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 42, .max_child = 100, .order = 9, .nr_pool_order = 2, .pool_size_order = 7, },
 
-       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 100, .max_child = 256, .order = 10, },
+       /* TODO: Upon downsize, if at least one pool is filled, we need to keep pigeon */
+       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 90, .max_child = 256, .order = 10, },
 };
 CAA_BUILD_BUG_ON(CAA_ARRAY_SIZE(ja_types) > JA_TYPE_MAX_NR);
 #else /* !(CAA_BITS_PER_LONG < 64) */
@@ -94,12 +98,14 @@ const struct rcu_ja_type ja_types[] = {
        { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 1, .max_child = 3, .order = 5, },
        { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 3, .max_child = 7, .order = 6, },
        { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 5, .max_child = 14, .order = 7, },
+       { .type_class = RCU_JA_LINEAR, .min_child = 10, .max_child = 28, .order = 8, },
 
-       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 10, .max_child = 28, .order = 8, },
-       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 22, .max_child = 60, .order = 9, },
-       { .type_class = RCU_JA_BITMAP, .min_child = 49, .max_child = 124, .order = 10, },
+       /* Pools may fill sooner than max_child */
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 22, .max_child = 56, .order = 9, .nr_pool_order = 1, .pool_size_order = 8, },
+       { .type_class = RCU_JA_POOL, .min_child = 44, .max_child = 112, .order = 10, .nr_pool_order = 2, .pool_size_order = 8, },
 
-       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 102, .max_child = 256, .order = 11, },
+       /* TODO: Upon downsize, if at least one pool is filled, we need to keep pigeon */
+       { .type_class = RCU_JA_PIGEON, .min_child = 100, .max_child = 256, .order = 11, },
 };
 CAA_BUILD_BUG_ON(CAA_ARRAY_SIZE(ja_types) > JA_TYPE_MAX_NR);
 #endif /* !(BITS_PER_LONG < 64) */
@@ -151,18 +157,6 @@ void free_rcu_ja_node(struct rcu_ja_node *node)
        free(node);
 }
 
-/* The bitmap for 256 entries is always 32 bytes */
-#define CHAR_BIT_SHIFT 3UL
-#define CHAR_BIT_MASK  ((1UL << CHAR_BIT_SHIFT) - 1)
-#if (CHAR_BIT != (1UL << CHAR_BIT_SHIFT))
-#error "char size not supported."
-#endif
-
-#define ULONG_BIT_MASK (CAA_BITS_PER_LONG - 1)
-
-#define JA_BITMAP_BITS JA_ENTRY_PER_NODE
-#define JA_BITMAP_LEN  (JA_BITMAP_BITS / CHAR_BIT)
-
 #define __JA_ALIGN_MASK(v, mask)       (((v) + (mask)) & ~(mask))
 #define JA_ALIGN(v, align)             __JA_ALIGN_MASK(v, (typeof(v)) (align) - 1)
 #define __JA_FLOOR_MASK(v, mask)       ((v) & ~(mask))
@@ -185,12 +179,12 @@ struct rcu_ja_node_flag *ja_linear_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
        struct rcu_ja_node_flag *ptr;
        unsigned int i;
 
-       assert(type->type_class == RCU_JA_LINEAR);
+       assert(!type || type->type_class == RCU_JA_LINEAR);
 
        nr_child = node->data[0];
        cmm_smp_rmb();  /* read nr_child before values */
-       assert(nr_child <= type->max_child);
-       assert(nr_child >= type->min_child);
+       assert(!type || nr_child <= type->max_child);
+       assert(!type || nr_child >= type->min_child);
 
        values = &node[1];
        for (i = 0; i < nr_child; i++) {
@@ -206,115 +200,18 @@ struct rcu_ja_node_flag *ja_linear_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
        return ptr;
 }
 
-#if 0
-/*
- * Count hweight. Expect most bits to be 0.  Algorithm from
- * Wegner (1960): count those in n steps (n being the number of
- * hot bits). Ref.: Wegner, Peter (1960), "A technique for
- * counting ones in a binary computer", Communications of the
- * ACM 3 (5): 322, doi:10.1145/367236.367286.
- */
-static
-unsigned int ja_hweight_uchar(unsigned char value)
-{
-       unsigned int count = 0;
-
-       for (; value; count++)
-               value &= value - 1;
-       return count;
-}
-#endif //0
-
-#if (CAA_BITS_PER_LONG < 64)
-static
-unsigned int ja_hweight_ulong(unsigned long value)
-{
-       unsigned long r;
-
-       r = value;
-       r = r - ((r >> 1) & 0x55555555);
-       r = (r & 0x33333333) + ((r >> 2) & 0x33333333);
-       r += r >> 4;
-       r &= 0x0F0F0F0F;
-       r += r >> 8;
-       r += r >> 16;
-       r &= 0x000000FF;
-       return r;
-}
-#else /* !(CAA_BITS_PER_LONG < 64) */
-static
-unsigned int ja_hweight_ulong(unsigned long value)
-{
-       unsigned long r;
-
-       r = value;
-       r = r - ((r >> 1) & 0x5555555555555555UL);
-       r = (r & 0x3333333333333333UL) + ((r >> 2) & 0x3333333333333333UL);
-       r += r >> 4;
-       r &= 0x0F0F0F0F0F0F0F0FUL;
-       r += r >> 8;
-       r += r >> 16;
-       r += r >> 32;
-       r &= 0x00000000000000FFUL;
-       return r;
-}
-#endif /* !(BITS_PER_LONG < 64) */
-
 static
-struct rcu_ja_node_flag *ja_bitmap_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
+struct rcu_ja_node_flag *ja_pool_node_get_nth(const struct rcu_ja_type *type,
                                        struct rcu_ja_node *node,
                                        uint8_t n)
 {
-       uint8_t *bitmap;
-       uint8_t byte_nr;
-       struct rcu_ja_node_flag *pointers;
        struct rcu_ja_node_flag *ptr;
-       unsigned int count;
-
-       assert(type->type_class == RCU_JA_BITMAP);
-
-       bitmap = &node->data[0];
-       /*
-        * Check if n is hot in the bitmap. If yes, count the hweight
-        * prior to n, including n, to get the pointer index.
-        * The bitmap goes from least significant (0) to most
-        * significant (255) as bytes increase.
-        */
-       byte_nr = n >> CHAR_BIT_SHIFT;
-       if (bitmap[byte_nr] & (1U << (n & CHAR_BIT_MASK))) {
-               uint8_t byte_iter;
-               unsigned long v;
-
-               count = 0;
-               /* Count entire ulong prior to the one containing n */
-               for (byte_iter = 0; byte_iter < JA_FLOOR(byte_nr, sizeof(unsigned long));
-                               byte_iter += sizeof(unsigned long)) {
-                       v = *((unsigned long *) &bitmap[byte_iter]);
-                       count += ja_hweight_ulong(v);
-               }
-               /*
-                * Read only the bits prior to and including n within
-                * the ulong containing n. ja_bitfield_read_le goes from
-                * less significant to most significant as bytes
-                * increase.
-                */
-               ja_bitfield_read_le(
-                       (unsigned long *) &bitmap[JA_FLOOR(byte_nr, sizeof(unsigned long))],
-                       unsigned long, 0, (n & ULONG_BIT_MASK) + 1,
-                       &v);
-               count += ja_hweight_ulong(v);
-       } else {
-               return NULL;
-       }
+       struct rcu_ja_node *linear;
 
-       assert(count <= type->max_child);
-       assert(count >= type->min_child);
-
-       cmm_smp_rmb();  /* read bitmap before pointers */
-       pointers = &bitmap[JA_BITMAP_LEN];
-       ptr = pointers[count - 1];
-       assert(ja_node_ptr(ptr) != NULL);
-       return ptr;
+       assert(type->type_class == RCU_JA_POOL);
+       linear = (struct rcu_ja_node *)
+               &node->data[(n >> (CHAR_BIT - type->nr_pool_order)) << type->pool_size_order];
+       return ja_linear_node_get_nth(NULL, linear, n);
 }
 
 static
@@ -344,8 +241,8 @@ struct rcu_ja_node_flag *ja_node_get_nth(struct rcu_ja_node_flag *node_flag,
        switch (type->type_class) {
        case RCU_JA_LINEAR:
                return ja_linear_node_get_nth(type, node, n);
-       case RCU_JA_BITMAP:
-               return ja_bitmap_node_get_nth(type, node, n);
+       case RCU_JA_POOL:
+               return ja_pool_node_get_nth(type, node, n);
        case RCU_JA_PIGEON:
                return ja_pigeon_node_get_nth(type, node, n);
        default:
This page took 0.030971 seconds and 4 git commands to generate.