Insights into the Fallback Path of Best-Effort Hardware Transactional Memory Systems

Current industry proposals for Hardware Transactional Memory (HTM) focus on best-effort solutions (BE-HTM) where hardware limits are imposed on transactions. These designs may show a significant performance degradation due to high contention scenarios and different hardware and operating system limitations that abort transactions, e.g. cache overflows, hardware and software exceptions, etc. To deal with these events and to ensure forward progress, BE-HTM systems usually provide a software fallback path to execute a lock-based version of the code. In this paper, we propose a hardware implementation of an irrevocability mechanism as an alternative to the software fallback path to gain insight into the hardware improvements that could enhance the execution of such a fallback. Our mechanism anticipates the abort that causes the transaction serialization, and stalls other transactions in the system so that transactional work loss is mini- mized. In addition, we evaluate the main software fallback path approaches and propose the use of ticket locks that hold precise information of the number of transactions waiting to enter the fallback. Thus, the separation of transactional and fallback execution can be achieved in a precise manner. The evaluation is carried out using the Simics/GEMS simulator and the complete range of STAMP transactional suite benchmarks. We obtain significant performance benefits of around twice the speedup and an abort reduction of 50% over the software fallback path for a number of benchmarks.

Irrevocabilidad Relajada para Memoria Transaccional Hardware

Los sistemas comerciales que ofrecen memoria transaccional (TM) implementan un sistema hardware best-effort (BE-HTM) con limitaciones. Es necesario programar un fallback software basado en cerrojos para asegurar el progreso de la aplicación. En este artículo se propone un nuevo tipo de irrevocabilidad hardware (un modo transaccional que marca las transacciones como no abortables) para hacer frente a las limitaciones de los sistemas BE-HTM de una manera mas eficiente, y para liberar a al usuario de tener que programar un fallback. Se basa en el concepto de suscripción relajada utilizada o en el contexto de la programación de fallbacks basada o en cerrojos, donde la transacción se suscribe al cerrojo al final de la misma en lugar de al principio. El mecanismo de irrevocabilidad relajada hardware no involucra cambios en el protocolo de coherencia y se compara con su homólogo software, que proponemos como un fallback con suscripción relajada de espera escapada. También proponemos la irrevocabilidad relajada con anticipación, un mecanismo que no se puede implementar en software, y que mejora el rendimiento de las aplicaciones con múltiples reemplazos de bloques transaccionales de caché. La evaluación de las propuestas se lleva a cabo con el simulador Simics/GEMS junto con la suite de benchmarks STAMP, y se obtiene una mejora de rendimiento sobre el fallback del 14% al 28% para algunos benchmarks.