اصول حافظه تراکنشی ۲۰۲۲
Principles of Transactional Memory 2022

حافظه‌ی تراکنشی (TM) الگویی جذاب برای برنامه‌نویسی همزمان بر روی معماری‌های حافظه‌ی اشتراکی است. با استفاده از TM، رشته‌های یک برنامه از طریق تراکنش‌های درون حافظه با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و عملکرد خود را همگام‌سازی می‌کنند. هر تراکنش می‌تواند هر تعداد عملیات را روی داده‌های اشتراکی انجام دهد و سپس یا تایید (commit) شود یا لغو (abort) گردد. هنگامی که یک تراکنش تایید می‌شود، اثرات تمام عملیات‌های آن بلافاصله برای سایر تراکنش‌ها قابل مشاهده می‌شود. اما هنگامی که لغو می‌شود، آن اثرات به طور کامل دور ریخته می‌شوند. تراکنش‌ها اتمی هستند: برنامه‌نویسان این توهم را دارند که هر تراکنش تمام عملیات‌های خود را به طور آنی، در یک نقطه زمانی واحد و منحصربه‌فرد اجرا می‌کند. با این حال، TM تراکنش‌ها را به طور همزمان اجرا می‌کند تا از موازات ارائه شده توسط پردازنده‌های مدرن بهره ببرد.

هدف این کتاب ارائه مبانی نظری برای حافظه‌ی تراکنشی است. این شامل تعریف یک مدل از TM و همچنین پاسخ دقیق به این سوالات است که یک پیاده‌سازی TM چه زمانی صحیح است، چه نوع ویژگی‌هایی را می‌تواند تضمین کند، قدرت و محدودیت‌های یک TM چیست و چه مصالحه‌های ذاتی در طراحی یک الگوریتم TM وجود دارد.

در حالی که تمرکز این کتاب بر اصول اساسی است، هدف آن ثبت شهود مشترک در پس معناشناسی TMها و ویژگی‌های پیاده‌سازی‌های TM موجود است.

فهرست مطالب: مقدمه / سیستم‌های حافظه‌ی اشتراکی / حافظه‌ی تراکنشی: یک آغازگر / مسائل مربوط به صحت TM / پیاده‌سازی یک TM / مطالعه‌ی بیشتر / شفافیت / اثبات شفافیت: یک مثال / شفافیت در مقابل اتمی بودن / مطالعه‌ی بیشتر / زنده‌مانی یک TM / TMهای مبتنی بر قفل / TMهای بدون مانع / زنده‌مانی عمومی TMها / مطالعه‌ی بیشتر / نتیجه‌گیری

Transactional memory (TM) is an appealing paradigm for concurrent programming on shared memory architectures. With a TM, threads of an application communicate, and synchronize their actions, via in-memory transactions. Each transaction can perform any number of operations on shared data, and then either commit or abort. When the transaction commits, the effects of all its operations become immediately visible to other transactions; when it aborts, however, those effects are entirely discarded. Transactions are atomic: programmers get the illusion that every transaction executes all its operations instantaneously, at some single and unique point in time. Yet, a TM runs transactions concurrently to leverage the parallelism offered by modern processors. The aim of this book is to provide theoretical foundations for transactional memory. This includes defining a model of a TM, as well as answering precisely when a TM implementation is correct, what kind of properties it can ensure, what are the power and limitations of a TM, and what inherent trade-offs are involved in designing a TM algorithm. While the focus of this book is on the fundamental principles, its goal is to capture the common intuition behind the semantics of TMs and the properties of existing TM implementations. Table of Contents: Introduction / Shared Memory Systems / Transactional Memory: A Primer / TM Correctness Issues / Implementing a TM / Further Reading / Opacity / Proving Opacity: An Example / Opacity vs. Atomicity / Further Reading / The Liveness of a TM / Lock-Based TMs / Obstruction-Free TMs / General Liveness of TMs / Further Reading / Conclusions