To maximize the performance of concurrent data structures, researchers have often turned to highly complex fine-grained techniques, resulting in efficient and elegant algorithms, which can however be often difficult to understand and prove correct. While simpler techniques exist, such as transactional memory, they can have limited performance or portability relative to their fine-grained counterparts. Approaches at both ends of this complexity-performance spectrum have been extensively explored, but relatively less is known about the middle ground: approaches that are willing to sacrifice some performance for simplicity, while remaining competitive with state-of-the-art handcrafted designs. In this paper, we explore this middle ground, and present PathCAS, a primitive that combines ideas from multi-word CAS (KCAS) and transactional memory approaches, while carefully avoiding overhead. We show how PathCAS can be used to implement efficient search data structures relatively simply, using an internal binary search tree as an example, then extending this to an AVL tree. Our best implementations outperform many handcrafted search trees: in search-heavy workloads, it rivals the BCCO tree [5], the fastest known concurrent binary tree in terms of search performance [3]. Our results suggest that PathCAS can yield concurrent data structures that are relatively easy to build and prove correct, while offering surprisingly high performance.


翻译:为了最大限度地发挥并行数据结构的性能,研究人员往往转而采用高度复杂的精细精细算法,从而产生高效和优雅的算法,但这种算法往往难以理解和证明正确。虽然存在一些较简单的技术,例如交易记忆等,但相对于精细的对应技术,其性能或可携带性有限。对复杂性能的两端方法进行了广泛探讨,但对中间地带却比较不甚了解:愿意为了简单而牺牲某种性能的方法,同时与最先进的手工艺设计保持竞争力。在本文中,我们探索了这一中间地带,并展示了路径CAS,这是一个将多字CAS(KCAS)和交易性记忆方法相结合的原始点,同时小心避免了间接费用。我们展示了如何使用路径CAS来相对简单的实施高效的搜索数据结构,同时使用内部的二进搜索树作为实例,然后将它扩大到AVL树。我们的最佳执行方式优于许多手工艺的搜索树:在搜索工作量上,它与BCCO树[5]相匹配,而目前已知的同步的双进树结构则显示我们最容易的成绩。

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