A VLSI Architecture for Concurrent Data Structures

ساختارهای داده همزمان توسعه برنامه های همزمان را با کپسوله کردن مکانیسم های رایج برای همگام سازی و ارتباط در ساختارهای داده ساده می کند. این پایان نامه یک نماد برای توصیف ساختارهای داده همزمان ایجاد می کند، نمونه هایی از ساختارهای داده همزمان را ارائه می دهد و یک معماری را برای پشتیبانی از ساختارهای داده همزمان توصیف می کند. Smalltalk همزمان (CST)، مشتق شده از Smalltalk-80 با پسوندهایی برای همزمانی، برای توصیف ساختارهای داده همزمان توسعه یافته است. CST به برنامه نویس اجازه می دهد تا اشیایی را که بر روی گره های یک کامپیوتر همزمان توزیع شده اند را مشخص کند. این اشیاء توزیع شده دارای بسیاری از اشیاء تشکیل دهنده هستند و بنابراین می توانند پیام های زیادی را به طور همزمان پردازش کنند. آنها پایه ای هستند که بر اساس آن ساختارهای داده همزمان ساخته می شوند. مکعب متعادل یک ساختار داده همزمان برای مجموعه های مرتب شده است. این مجموعه توسط یک پارتیشن بازگشتی متعادل توزیع می شود که با استفاده از یک کد خاکستری به زیر مکعب های یک مکعب 7lrcube باینری نگاشت می شود. یک الگوریتم جستجو، جستجوی VW، بر اساس ویژگی های فاصله کد خاکستری، یک مکعب متعادل را در زمان O(log N) جستجو می کند. از آنجایی که دارای گلوگاه ریشه نیست که تمام ساختارهای داده مبتنی بر درخت را به همزمانی 0(1) محدود می‌کند، مکعب متعادل به ارز 0C.:N) می‌رسد. با در نظر گرفتن نمودارها به عنوان ساختارهای داده همزمان، الگوریتم‌های گراف برای مسئله کوتاه‌ترین مسیر، مسئله حداکثر جریان و تقسیم‌بندی نمودار ارسال می‌شوند. این الگوریتم‌ها تکنیک‌های همگام‌سازی جدیدی را برای دستیابی به عملکرد بهتر نسبت به الگوریتم‌های موجود معرفی می‌کنند.

Concurrent data structures simplify the development of concurrent programs by encapsulating commonly used mechanisms for synchronization and commu­ nication into data structures. This thesis develops a notation for describing concurrent data structures, presents examples of concurrent data structures, and describes an architecture to support concurrent data structures. Concurrent Smalltalk (CST), a derivative of Smalltalk-80 with extensions for concurrency, is developed to describe concurrent data structures. CST allows the programmer to specify objects that are distributed over the nodes of a concurrent computer. These distributed objects have many constituent objects and thus can process many messages simultaneously. They are the foundation upon which concurrent data structures are built. The balanced cube is a concurrent data structure for ordered sets. The set is distributed by a balanced recursive partition that maps to the subcubes of a binary 7lrcube using a Gray code. A search algorithm, VW search, based on the distance properties of the Gray code, searches a balanced cube in O(log N) time. Because it does not have the root bottleneck that limits all tree-based data structures to 0(1) concurrency, the balanced cube achieves 0C.:N) con­ currency. Considering graphs as concurrent data structures, graph algorithms are pre­ sented for the shortest path problem, the max-flow problem, and graph parti­ tioning. These algorithms introduce new synchronization techniques to achieve better performance than existing algorithms.