Transakční paměť

Atomicity mezi dvěma souběžnými transakcemi s konfliktem

V paralelním programování, pokud se paralelní vlákna pokouší o přístup ke sdílenému prostředku, je synchronizace nutná. Nízkoúrovňová synchronizace vláken, jako jsou zámky, je pesimistická a zakazuje vláknům, které jsou mimo kritickou sekci, jakékoliv změny. Navíc proces zamykání a uvolňování zámků často představuje další režii a vznik problému efekt hrdla lahve (anglicky bottleneck) mezi vlákny. Transakční paměť naopak poskytuje optimistické řízení paralelizmu tím, že vlákna probíhají souběžně s minimálním vzájemným rušením.[2] Transakční paměť umožňuje transparentně podporovat úseky kódu, které jsou označeny jako transakční (vizte též databázová transakce) uplatněním atomicity, datové konzistence a izolace.

Transakce je soubor operací, které můžeme provést, a potvrdit s nimi související změny (COMMIT), dokud nenastane konflikt. Když je zjištěn konflikt, transakce se vrátí do svého původního stavu (ROLLBACK), a bude se opakovat, dokud všechny konflikty nebudou odstraněny. Před úspěšným dokončením transakce je výsledek jakékoliv operace v rámci transakce čistě spekulativní. V kontrastu k na zámku založené synchronizaci, kde aby se zabránilo poškození dat, jsou operace serializovány, transakce umožňují další paralelismus tak dlouho, dokud nedojde ke konfliktu, jako když se několik operací pokouší změnit sdílený prostředek. Protože programátor není zodpovědný za jednoznačně identifikující zámky nebo pořadí, ve kterém byly pořízeny, programy, které využívají transakční paměť nemohou způsobit konflikt vzniklý vzájemným čekáním, uváznutím (deadlock).

S těmito konstrukty v místě, transakční paměť poskytuje vysokou míru programové abstrakce tím, že umožňuje programátorům uzavřít jejich (sdílený) programový kód (ev. strojový kód) do transakčních bloků. Správná implementace zajišťuje, že data nemohou být sdílena mezi vlákny, aniž by byla zajištěna prostřednictvím transakce a tedy poskytují správný výsledek. Například, kód může být psán jako:

def převod_peněz(z_účtu, na_účet, množství):
    with transaction():
        z_účtu -= množství
        na_účet += množství

V tomto kódu je blok definován tím, že během "transakce" je zaručena atomicita, konzistence a izolace základní transakční paměti implementace a je transparentní pro programátora. Proměnné v rámci transakce jsou chráněny od vnějších konfliktů, ochraňují před vnějšími konflikty, zajišťují že buď bude částka převedena nebo nebude provedena vůbec žádná akce. Všimněte si, že chyby související se souběžností, jsou stále ještě možné v programech, které používají velké množství transakcí, a to zejména v softwarových implementacích, kdy knihovna poskytována jazykem není schopna prosadit správné používání. Chyby produkovány prostřednictvím transakcí může být často obtížné ladit, protože breakpointy nesmí být umístěny v rámci transakce.

Transakční paměť je omezena v tom, že vyžaduje sdílenou paměť. I když při použití transakční paměti nelze způsobit uváznutí (deadlock), programy stále mohou trpět livelockem nebo zdrojem hladovění. Například, delší transakce se může opakovaně vrátit (ROLLBACK) v reakci na více menších transakcí, což způsobuje plýtvání časem a energií.

Podpora transakční paměti na úrovni hardware je ze strany procesorů v IBM POWER8[3], IBM z/Architecture[4], ARM9[5].