Sharing-aware thread mapping in software transactional memory

Abstract

Memória Transacional em Software (MTS) é uma abstração para a sincronização de threads na programação paralela. Uma de suas vantagens é a simplicidade, pois é possível substituir o uso de bloqueios por blocos atômicos. Além disso, a implementação de MTS é responsável por garantir uma execução consistente, por exemplo, sem deadlocks ou condições de corrida. Com relação ao desempenho de MTS, existem muitos estudos focados na redução do número de cancelamentos. Contudo, nas atuais arquiteturas multicore, com complexas hierarquias de memória, é também importante considerar onde a memória do programa está alocada e como ela é acessada. Esta tese propõe o uso de uma técnica chamada mapeamento baseado em compartilhamento a qual consiste em mapear threads para núcleos de processamento e páginas de memória para nós NUMA com base no seu padrão de acesso à memória para melhorar o desempenho de aplicações que utilizam MTS. A primeira contribuição desta tese é um mecanismo para detectar o padrão de acesso à memória em bibliotecas de MTS. Ele consiste em rastrear e analisar como threads executam operações de MTS. As informações coletadas podem ser utilizadas para criar um mapeamento otimizado de threads para núcleos de processamento, com o objetivo de melhorar a eficiência das operações de MTS. A segunda contribuição é a caracterização do padrão de acesso à memória de aplicações que utilizam MTS, fornecendo informações para guiar um mapeamento de threads com base no padrão de compartilhamento da aplicação. A terceira contribuição é um mecanismo para efetuar um mapeamento de threads baseado em compartilhamento para aplicações que utilizam MTS. Primeiramente é apresentado Static-SharingAware (SSA), que baseado em uma análise prévia do padrão de compartilhamento da aplicação, mapeia threads para núcleos de processamento de forma estática. Após, é apresentado STMap, um mecanismo que opera dinamicamente e com baixa sobrecarga, com o objetivo de detectar o padrão de acesso à memoria e efetuar o mapeamento de threads durante a execução do programa. Em experimentos com o benchmark STAMP e outras aplicações sintéticas, ambos mecanismos apresentaram ganhos de desempenho quando comparados com o escalonador padrão do Linux.