Convergent types for shared memory

Abstract

It is well-known that consistency in shared memory concurrent programming comes with the price of degrading performance and scalability. Some of the existing solutions to this problem end up with high-level complexity and are not programmer friendly. We present a simple and well-defined approach to obtain relevant results for shared memory environments through relaxing synchronization. For that, we will look into Mergeable Data Types, data structures analogous to Conflict-Free Replicated Data Types but designed to perform in shared memory. CRDTs were the first formal approach engaging a solid theoretical study about eventual consistency on distributed systems, answering the CAP Theorem problem and providing high-availability. With CRDTs, updates are unsynchronized, and replicas eventually converge to a correct common state. However, CRDTs are not designed to perform in shared memory. In large-scale distributed systems the merge cost is negligible when compared to network mediated synchronization. Therefore, we have migrated the concept by developing the already existent Mergeable Data Types through formally defining a programming model that we named Global-Local View. Furthermore, we have created a portfolio of MDTs and demonstrated that in the appropriated scenarios we can largely benefit from the model.

É bem sabido que para garantir coerência em programas concorrentes num ambiente de memória partilhada sacrifica-se performance e escalabilidade. Alguns dos métodos existentes para garantirem resultados significativos introduzem uma elevada complexidade e não são práticos. O nosso objetivo é o de garantir uma abordagem simples e bem definida de alcançar resultados notáveis em ambientes de memória partilhada, quando comparados com os métodos existentes, relaxando a coerência. Para tal, vamos analisar o conceito de Mergeable Data Type, estruturas análogas aos Conflict-Free Replicated Data Types mas concebidas para memória partilhada. CRDTs foram a primeira abordagem a desenvolver um estudo formal sobre eventual consistency, respondendo ao problema descrito no CAP Theorem e garantindo elevada disponibilidade. Com CRDTs os updates não são síncronos e as réplicas convergem eventualmente para um estado correto e comum. No entanto, não foram concebidos para atuar em memória partilhada. Em sistemas distribuídos de larga escala o custo da operação de merge é negligenciável quando comparado com a sincronização global. Portanto, migramos o conceito desenvolvendo os já existentes Mergeable Data Type através da criação de uma formalização de um modelo de programação ao qual chamamos de Global-Local View. Além do mais, criamos um portfolio de MDTs e demonstramos que nos cenários apropriados podemos beneficiar largamente do modelo.