Add infrastructure for making spins_per_delay variable depending on
authorTom Lane
Tue, 11 Oct 2005 20:41:32 +0000 (20:41 +0000)
committerTom Lane
Tue, 11 Oct 2005 20:41:32 +0000 (20:41 +0000)
whether we seem to be running in a uniprocessor or multiprocessor.
The adjustment rules could probably still use further tweaking, but
I'm convinced this should be a win overall.

src/backend/storage/lmgr/proc.c
src/backend/storage/lmgr/s_lock.c
src/include/storage/proc.h
src/include/storage/s_lock.h

index 3b264fa1796bf920b927ff85b050c0b9052a78c6..7e83e5f0cb2186b39536c5efebcf22ee7e420f53 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
  *
  *
  * IDENTIFICATION
- *   $PostgreSQL: pgsql/src/backend/storage/lmgr/proc.c,v 1.164 2005/09/19 17:21:47 momjian Exp $
+ *   $PostgreSQL: pgsql/src/backend/storage/lmgr/proc.c,v 1.165 2005/10/11 20:41:32 tgl Exp $
  *
  *-------------------------------------------------------------------------
  */
@@ -171,6 +171,8 @@ InitProcGlobal(void)
 
        ProcGlobal->freeProcs = INVALID_OFFSET;
 
+       ProcGlobal->spins_per_delay = DEFAULT_SPINS_PER_DELAY;
+
        /*
         * Pre-create the PGPROC structures and create a semaphore for
         * each.
@@ -225,9 +227,14 @@ InitProcess(void)
    /*
     * Try to get a proc struct from the free list.  If this fails, we
     * must be out of PGPROC structures (not to mention semaphores).
+    *
+    * While we are holding the ProcStructLock, also copy the current
+    * shared estimate of spins_per_delay to local storage.
     */
    SpinLockAcquire(ProcStructLock);
 
+   set_spins_per_delay(procglobal->spins_per_delay);
+
    myOffset = procglobal->freeProcs;
 
    if (myOffset != INVALID_OFFSET)
@@ -319,21 +326,38 @@ InitDummyProcess(int proctype)
 
    Assert(proctype >= 0 && proctype < NUM_DUMMY_PROCS);
 
+   /*
+    * Just for paranoia's sake, we use the ProcStructLock to protect
+    * assignment and releasing of DummyProcs entries.
+    *
+    * While we are holding the ProcStructLock, also copy the current
+    * shared estimate of spins_per_delay to local storage.
+    */
+   SpinLockAcquire(ProcStructLock);
+
+   set_spins_per_delay(ProcGlobal->spins_per_delay);
+
    dummyproc = &DummyProcs[proctype];
 
    /*
     * dummyproc should not presently be in use by anyone else
     */
    if (dummyproc->pid != 0)
+   {
+       SpinLockRelease(ProcStructLock);
        elog(FATAL, "DummyProc[%d] is in use by PID %d",
             proctype, dummyproc->pid);
+   }
    MyProc = dummyproc;
 
+   MyProc->pid = MyProcPid;    /* marks dummy proc as in use by me */
+
+   SpinLockRelease(ProcStructLock);
+
    /*
     * Initialize all fields of MyProc, except MyProc->sem which was set
     * up by InitProcGlobal.
     */
-   MyProc->pid = MyProcPid;    /* marks dummy proc as in use by me */
    SHMQueueElemInit(&(MyProc->links));
    MyProc->waitStatus = STATUS_OK;
    MyProc->xid = InvalidTransactionId;
@@ -510,6 +534,9 @@ ProcKill(int code, Datum arg)
    /* PGPROC struct isn't mine anymore */
    MyProc = NULL;
 
+   /* Update shared estimate of spins_per_delay */
+   procglobal->spins_per_delay = update_spins_per_delay(procglobal->spins_per_delay);
+
    SpinLockRelease(ProcStructLock);
 }
 
@@ -533,11 +560,18 @@ DummyProcKill(int code, Datum arg)
    /* Release any LW locks I am holding (see notes above) */
    LWLockReleaseAll();
 
+   SpinLockAcquire(ProcStructLock);
+
    /* Mark dummy proc no longer in use */
    MyProc->pid = 0;
 
    /* PGPROC struct isn't mine anymore */
    MyProc = NULL;
+
+   /* Update shared estimate of spins_per_delay */
+   ProcGlobal->spins_per_delay = update_spins_per_delay(ProcGlobal->spins_per_delay);
+
+   SpinLockRelease(ProcStructLock);
 }
 
 
index d6c1a6578752964bbf3375a198a6aee50ffab9ed..1fb069d4f373a21a8311d8ccb07111f31bdd8bdd 100644 (file)
@@ -9,7 +9,7 @@
  *
  *
  * IDENTIFICATION
- *   $PostgreSQL: pgsql/src/backend/storage/lmgr/s_lock.c,v 1.38 2005/08/26 14:47:35 tgl Exp $
+ *   $PostgreSQL: pgsql/src/backend/storage/lmgr/s_lock.c,v 1.39 2005/10/11 20:41:32 tgl Exp $
  *
  *-------------------------------------------------------------------------
  */
 #include "storage/s_lock.h"
 #include "miscadmin.h"
 
+
+static int spins_per_delay = DEFAULT_SPINS_PER_DELAY;
+
+
 /*
  * s_lock_stuck() - complain about a stuck spinlock
  */
@@ -49,54 +53,67 @@ s_lock(volatile slock_t *lock, const char *file, int line)
     * We loop tightly for awhile, then delay using pg_usleep() and try
     * again. Preferably, "awhile" should be a small multiple of the
     * maximum time we expect a spinlock to be held.  100 iterations seems
-    * about right.  In most multi-CPU scenarios, the spinlock is probably
-    * held by a process on another CPU and will be released before we
-    * finish 100 iterations.  However, on a uniprocessor, the tight loop
-    * is just a waste of cycles, so don't iterate thousands of times.
+    * about right as an initial guess.  However, on a uniprocessor the
+    * loop is a waste of cycles, while in a multi-CPU scenario it's usually
+    * better to spin a bit longer than to call the kernel, so we try to
+    * adapt the spin loop count depending on whether we seem to be in
+    * a uniprocessor or multiprocessor.
+    *
+    * Note: you might think MIN_SPINS_PER_DELAY should be just 1, but you'd
+    * be wrong; there are platforms where that can result in a "stuck
+    * spinlock" failure.  This has been seen particularly on Alphas; it
+    * seems that the first TAS after returning from kernel space will always
+    * fail on that hardware.
     *
     * Once we do decide to block, we use randomly increasing pg_usleep()
-    * delays. The first delay is 10 msec, then the delay randomly
-    * increases to about one second, after which we reset to 10 msec and
+    * delays. The first delay is 1 msec, then the delay randomly
+    * increases to about one second, after which we reset to 1 msec and
     * start again.  The idea here is that in the presence of heavy
     * contention we need to increase the delay, else the spinlock holder
     * may never get to run and release the lock.  (Consider situation
     * where spinlock holder has been nice'd down in priority by the
     * scheduler --- it will not get scheduled until all would-be
-    * acquirers are sleeping, so if we always use a 10-msec sleep, there
+    * acquirers are sleeping, so if we always use a 1-msec sleep, there
     * is a real possibility of starvation.)  But we can't just clamp the
     * delay to an upper bound, else it would take a long time to make a
     * reasonable number of tries.
     *
     * We time out and declare error after NUM_DELAYS delays (thus, exactly
     * that many tries).  With the given settings, this will usually take
-    * 3 or so minutes.  It seems better to fix the total number of tries
+    * 2 or so minutes.  It seems better to fix the total number of tries
     * (and thus the probability of unintended failure) than to fix the
     * total time spent.
     *
-    * The pg_usleep() delays are measured in centiseconds (0.01 sec) because
-    * 10 msec is a common resolution limit at the OS level.
+    * The pg_usleep() delays are measured in milliseconds because 1 msec
+    * is a common resolution limit at the OS level for newer platforms.
+    * On older platforms the resolution limit is usually 10 msec, in
+    * which case the total delay before timeout will be a bit more.
     */
-#define SPINS_PER_DELAY        100
+#define MIN_SPINS_PER_DELAY    10
+#define MAX_SPINS_PER_DELAY    1000
 #define NUM_DELAYS         1000
-#define MIN_DELAY_CSEC     1
-#define MAX_DELAY_CSEC     100
+#define MIN_DELAY_MSEC     1
+#define MAX_DELAY_MSEC     1000
 
    int         spins = 0;
    int         delays = 0;
-   int         cur_delay = MIN_DELAY_CSEC;
+   int         cur_delay = 0;
 
    while (TAS(lock))
    {
        /* CPU-specific delay each time through the loop */
        SPIN_DELAY();
 
-       /* Block the process every SPINS_PER_DELAY tries */
-       if (++spins > SPINS_PER_DELAY)
+       /* Block the process every spins_per_delay tries */
+       if (++spins >= spins_per_delay)
        {
            if (++delays > NUM_DELAYS)
                s_lock_stuck(lock, file, line);
 
-           pg_usleep(cur_delay * 10000L);
+           if (cur_delay == 0) /* first time to delay? */
+               cur_delay = MIN_DELAY_MSEC;
+
+           pg_usleep(cur_delay * 1000L);
 
 #if defined(S_LOCK_TEST)
            fprintf(stdout, "*");
@@ -107,14 +124,76 @@ s_lock(volatile slock_t *lock, const char *file, int line)
            cur_delay += (int) (cur_delay *
              (((double) random()) / ((double) MAX_RANDOM_VALUE)) + 0.5);
            /* wrap back to minimum delay when max is exceeded */
-           if (cur_delay > MAX_DELAY_CSEC)
-               cur_delay = MIN_DELAY_CSEC;
+           if (cur_delay > MAX_DELAY_MSEC)
+               cur_delay = MIN_DELAY_MSEC;
 
            spins = 0;
        }
    }
+
+   /*
+    * If we were able to acquire the lock without delaying, it's a good
+    * indication we are in a multiprocessor.  If we had to delay, it's
+    * a sign (but not a sure thing) that we are in a uniprocessor.
+    * Hence, we decrement spins_per_delay slowly when we had to delay,
+    * and increase it rapidly when we didn't.  It's expected that
+    * spins_per_delay will converge to the minimum value on a uniprocessor
+    * and to the maximum value on a multiprocessor.
+    *
+    * Note: spins_per_delay is local within our current process.
+    * We want to average these observations across multiple backends,
+    * since it's relatively rare for this function to even get entered,
+    * and so a single backend might not live long enough to converge on
+    * a good value.  That is handled by the two routines below.
+    */
+   if (cur_delay == 0)
+   {
+       /* we never had to delay */
+       if (spins_per_delay < MAX_SPINS_PER_DELAY)
+           spins_per_delay = Min(spins_per_delay + 100, MAX_SPINS_PER_DELAY);
+   }
+   else
+   {
+       if (spins_per_delay > MIN_SPINS_PER_DELAY)
+           spins_per_delay = Max(spins_per_delay - 1, MIN_SPINS_PER_DELAY);
+   }
+}
+
+
+/*
+ * Set local copy of spins_per_delay during backend startup.
+ *
+ * NB: this has to be pretty fast as it is called while holding a spinlock
+ */
+void
+set_spins_per_delay(int shared_spins_per_delay)
+{
+   spins_per_delay = shared_spins_per_delay;
+}
+
+/*
+ * Update shared estimate of spins_per_delay during backend exit.
+ *
+ * NB: this has to be pretty fast as it is called while holding a spinlock
+ */
+int
+update_spins_per_delay(int shared_spins_per_delay)
+{
+   /*
+    * We use an exponential moving average with a relatively slow
+    * adaption rate, so that noise in any one backend's result won't
+    * affect the shared value too much.  As long as both inputs are
+    * within the allowed range, the result must be too, so we need not
+    * worry about clamping the result.
+    *
+    * We deliberately truncate rather than rounding; this is so that
+    * single adjustments inside a backend can affect the shared estimate
+    * (see the asymmetric adjustment rules above).
+    */
+   return (shared_spins_per_delay * 15 + spins_per_delay) / 16;
 }
 
+
 /*
  * Various TAS implementations that cannot live in s_lock.h as no inline
  * definition exists (yet).
index 7297f444bfd7ef2588da6eb1721627ab4ffd1a2f..b915f78035ef4596219d40d4ea523443c7b4807f 100644 (file)
@@ -7,7 +7,7 @@
  * Portions Copyright (c) 1996-2005, PostgreSQL Global Development Group
  * Portions Copyright (c) 1994, Regents of the University of California
  *
- * $PostgreSQL: pgsql/src/include/storage/proc.h,v 1.82 2005/09/19 17:21:48 momjian Exp $
+ * $PostgreSQL: pgsql/src/include/storage/proc.h,v 1.83 2005/10/11 20:41:32 tgl Exp $
  *
  *-------------------------------------------------------------------------
  */
@@ -105,6 +105,8 @@ typedef struct PROC_HDR
 {
    /* Head of list of free PGPROC structures */
    SHMEM_OFFSET freeProcs;
+   /* Current shared estimate of appropriate spins_per_delay value */
+   int         spins_per_delay;
 } PROC_HDR;
 
 
index 9c8b71820f36aa67c0fd1f161e3cd86410742c02..7b94d64c73dff66b015eed485f9c5470498273b8 100644 (file)
@@ -66,7 +66,7 @@
  * Portions Copyright (c) 1996-2005, PostgreSQL Global Development Group
  * Portions Copyright (c) 1994, Regents of the University of California
  *
- *   $PostgreSQL: pgsql/src/include/storage/s_lock.h,v 1.141 2005/10/11 20:01:30 tgl Exp $
+ *   $PostgreSQL: pgsql/src/include/storage/s_lock.h,v 1.142 2005/10/11 20:41:32 tgl Exp $
  *
  *-------------------------------------------------------------------------
  */
@@ -872,4 +872,10 @@ extern int tas(volatile slock_t *lock);        /* in port/.../tas.s, or
  */
 extern void s_lock(volatile slock_t *lock, const char *file, int line);
 
+/* Support for dynamic adjustment of spins_per_delay */
+#define DEFAULT_SPINS_PER_DELAY  100
+
+extern void set_spins_per_delay(int shared_spins_per_delay);
+extern int update_spins_per_delay(int shared_spins_per_delay);
+
 #endif  /* S_LOCK_H */