Melhorando o desempenho de aplicações transacionais através de anotações do programador - Honorio, Bruno Chinelato [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2018)
Memória Transacional (Transactional Memory – TM) possibilita que programadores utilizem-se do conceito de transação na escrita de código concorrente. Nesse contexto, uma transação pode ser entendida como um bloco de instruções que é executado atomicamente e de forma isolada, ou seja, os estados intermediários no processamento de uma transação não são vistos pelas demais. Embora inicialmente conﬁnada ao ambiente acadêmico, TM está se tornando cada vez mais popular. Prova disto é a adição de hardware transacional aos novos processadores da Intel e IBM, além de suporte para codiﬁcação de transações provido por compiladores como o GCC. A grande vantagem do modelo transacional é o maior nível de abstração fornecido ao programador, facilitando a escrita de programas concorrentes e evitando erros de sincronização famosos causados pelas travas (locks), como o deadlock. Infelizmente, o suporte em software para execução de transações ainda não provê desempenho muito bom. Em particular, o código transacional, produzido por compiladores e o sistema de tempo de execução associado, ainda pode ser considerado ineﬁciente. Nesta dissertação é realizado um estudo atualizado sobre a geração de código transacional do compilador GCC com o objetivo de encontrar a razão da deﬁciência de desempenho do compilador. O trabalho feito indica que uma das principais fontes de ineﬁciência são as barreiras de leitura e escrita inseridas pelo compilador. O problema dessa instrumentação acontece quando o compilador não consegue determinar, em tempo de compilação, se uma região de memória será acessada concorrentemente ou não, forçando o compilador a tomar uma decisão pessimista e instrumentar essa região de memória. Esse fenômeno é chamado de instrumentação excessiva. Para superar essas limitações, esta dissertação propõe uma nova construção de linguagem através de uma nova cláusula pragma que permite que programadores especiﬁquem quais regiões de memória não precisam ser instrumentadas. Para validar a nova cláusula pragma, esta dissertação conduziu experimentos usando o pacote STAMP, composto por aplicações transacionais. Os resultados obtidos mostram um grande ganho de desempenho para as aplicações que usaram o pragma proposto, com essas aplicações sendo até 7.2x mais rápidas que o código original gerado pelo GCC.

Transactional Memory (TM) allows programmers to utilize the concept of transaction for writing concurrent code. In this context, a transactioncan be extended as a block of instructions that is executed atomically and isolated, that is, the intermediate states of the processing of a transaction can not be seen by the other transactions. Although initially conﬁned to the academic ﬁeld, TM is becoming more popular. An evidence of this is the addition of transactional hardware to the new processors from Intel and IBM, as well as the support for transactional code provided by compilers such as GCC. The biggest advantage to the transactional model is the bigger level of abstraction provided to the programmer, making the process of writing parallel code easier, as well as avoiding famous synchronization errors caused by traditional locks, such as the deadlock problem. Unfortunately, the software support for execution of transaction still does not provide a good performance. In particular, transactional code, produced by compilers and the associated runtime system, can still be considered ineﬃcient. This thesis performs an up-to-date study of the GCC transactional code generation and with the objective to ﬁnd where the main performance losses are coming from. The study done indicates that one of the main sources of ineﬃciency is the read and write barriers inserted by the compiler. The problem of this instrumentation is that the compiler cannot determine, at compile time, if a memory region will be accessed concurrently or not, forcing the compiler to take a pessimist approach and instrument this memory region. This phenomenom is called Over-instrumentation. To overcome these limitations, this thesis proposes a new language construct through a new pragma clause that allows programmers to specify which memory regions do not need to be instrumented. To validade the new pragma clause, this thesis conducted experiments using the STAMP benchmark suite, composed of transactional applications. The obtained results show a great performance gain for applications that used the proposed pragma, with them being up to 7.2x faster than the original code generated by GCC.
Improving the performance of transactional applications through annotations made by the programmer
Keywords: Memória transacional; Programação paralela; Compiladores; Otimização; Instrumentação excessiva; Transactional memory; Parallel programming; Compilers; Over-instrumentation; Optimization