无锁数据结构免快照、透明且鲁棒的内存回收
分布式、并行与集群计算
2021-05-04 v2
摘要
我们提出一类安全内存回收方案Hyaline，其快速、可扩展且对底层无锁数据结构透明。Hyaline基于引用计数——过去因高开销被认为不适用于内存回收。Hyaline仅在回收时使用引用计数器，而在访问单个对象时不使用，从而降低了对象访问的开销。由于借助引用计数器时由任意线程最终释放内存，Hyaline的回收工作负载在所有线程间（几乎）均衡，这与多数既有回收方案（如基于纪元的回收（EBR）或危险指针（HP））不同。Hyaline常能取得（优异的）EBR级性能与（良好的）HP级内存效率，而这是所有现有方案都难以兼顾的权衡。Hyaline方案具备：(i) 高性能；(ii) 良好内存效率；(iii) 鲁棒性：即便存在停滞线程也能限制内存用量，这是EBR众所周知的难题；(iv) 透明性：支持几乎无界数量、可动态创建删除并轻松加入既有工作负载的线程（或并发实体）；(v) 自主性：避免特殊操作系统机制且对非运行时或编译器环境无侵入；(vi) 简洁性：便于集成到非托管C/C++代码中；(vii) 通用性：支持多种数据结构。所有现有方案均缺失上述一项或多项特性。我们已在x86(-64)、ARM32/64、PowerPC与MIPS上实现并测试Hyaline。通用方案需LL/SC或双宽度CAS，而专用版本亦兼容单宽度CAS。我们的评估显示Hyaline吞吐量极高——在某测试中稳定超越EBR达10%，在超额订阅场景下取得2倍提升。Hyaline优越的内存效率在读主导工作负载中尤为明显。
引用
@article{arxiv.1905.07903,
title = {Snapshot-Free, Transparent, and Robust Memory Reclamation for Lock-Free Data Structures},
author = {Ruslan Nikolaev and Binoy Ravindran},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.07903},
year = {2021}
}
备注
An extended version of the PLDI'21 paper (with Appendix)