Étude de la complexité des implémentations d'objets concurrents, sans attente, abandonnables et/ou solo-rapides

On the complexity of wait-free, abortable and/or solo-fast concurrent object implementations

• Auteur / Autrice : Claire Capdevielle
• Direction : Colette Johnen, Alessia Milani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 03/11/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : David James Sherman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David James Sherman, Carole Delporte-Gallet, Achour Mostefaoui, Mathieu Roy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Delporte-Gallet, Achour Mostefaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Objets concurrents (informatique)

Complexité de calcul (informatique)

Algorithmes parallèles

Mémoire partagée répartie

Mots clés libres

Mémoire partagée

Algorithme distribué

Complexité en espace

Objet concurrent

Objet sans attente

Objet abandonnable

Implémentation solo-rapide

Consensus

Construction universelle

Value-splitter

Borne inférieure en espace

Shared memory

Distributed algorithm

Space complexity

Concurrent object

Wait-free object

Abortable object

Solo-fast implementation

Consensus

Universal construction

Value-splitter

Space lower bound

Résumé

Dans un ordinateur multiprocesseur, lors de l'accès à la mémoire partagée, il faut synchroniser les entités de calcul (processus). Cela peut se faire à l'aide de verrous, mais des problèmes se posent (par exemple interblocages, mauvaise tolérance aux pannes). On s'est intéressé à l'implémentation d'abstractions (consensus et construction universelle) qui peuvent faciliter la programmation concurrente sans attente, sans utiliser de verrous mais basés sur des lectures/écritures atomiques (LEA). L'usage exclusive des LEA ne permet pas de réaliser un consensus sans attente. Néanmoins, autoriser l'usage de primitives offrant une puissance de synchronisation plus forte que des LEA, mais coûteuse en temps de calcul, le permet. Nous nous sommes donc intéressés dans cette thèse à des programmes qui limitent l'usage de ces primitives aux seules situations où les processus sont en concurrence, ces programmes sont dit solo-rapides. Une autre piste étudiée est de permettre à l'objet, lorsqu'il y a de la concurrence, de retourner une réponse spéciale "abandon" qui signifie l'abandon des calculs en cours. Ces objets sont dit abandonnables. D'une part, nous donnons des implémentations d'objets concurrents sans attente, abandonnables et/ou solo-rapides. Pour cela, nous proposons une construction universelle qui assure à l'objet implémenté d'être abandonnable et solo-rapide ; nous avons réalisés des algorithmes de consensus solo-rapides et des algorithmes de consensus abandonnable. D'autre part nous étudions la complexité en espace de ces implémentations en proposant des bornes inférieures sur l'implémentation des objets abandonnables et sur le consensus.

In multiprocessor computer, synchronizations between processes are needed for the access to the shared memory. Usually this is done by using locks, but there are some issues as deadlocks or lack of fault-tolerance. We are interested in implementing abstractions (as consensus or universal construction) which ease the programming of wait-free concurrent objects, without using lock but based on atomic Read/Write operations (ARW). Only using the ARW does not permit to implement wait-free consensus. The use of primitives which offer a higher power of synchronization than the ARW is needed. But these primitives are more expensive in computing time. Therefore, we are interested in this thesis in the design of algorithms which restrict the use of these primitives only to the cases where processes are in contention. These algorithms are said solo-fast. Another direction is to allow the object to abort the computation in progress - and to return a special response "abort" - when there is contention. These objects are named abortable. On the one hand we give wait-free, abortable and/or solo-fast concurrent object implementations. Indeed we proposed a universal construction which ensure to the implemented object to be abortable and solo-fast. We have also realized solo-fast consensus algorithms and abortable consensus algorithms. On the other hand, we study the space complexity of these implementations : we prove space lower bound on the implementation of abortable object and consensus.