CALock : verrouillage topologique à granularité multiple de données hiérarchiques

CALock : topological multi-granularity locking in hierarchical data

• Auteur / Autrice : Ayush Pandey
• Direction : Mesaac Makpangou, Marc Shapiro, Julien Sopena
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Date : Soutenance le 17/03/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIP6 (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Gaël Thomas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sathya Peri, Ştefania-Gabriela Dumbravă
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Bromberg, Pascal Felber
• DOI : 10.70675/80b0e36czffb5z4025za2a3z44b7ac226e9c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement réparti

Systèmes virtuels (informatique)

Informatique dans les nuages

Mots clés libres

Données Hiérarchiques

Synchronisation

Verrouillage

Hierarchical Data

Synchronization

Locking

Résumé

Les hiérarchies servent de structure fondamentale dans diverses disciplines, modélisant les relations hiérarchiques en informatique, en biologie, dans les réseaux sociaux ou en logistique. Cependant, les mises à jour concurrentes dans les systèmes réels nécessitent de la synchronisation pour maintenir la cohérence des données. Notre travail explore une nouvelle approche, appelée CALock, pour synchroniser les opérations sur une hiérarchie, en utilisant un schéma d'étiquetage qui facilite le verrouillage à granularité multiple. Notre approche concerne tout à la fois l'accès concurrent aux données ainsi que les modifications de structure. CALock exploite la topologie hiérarchique, par le biais d'un nouveau schéma d'étiquetage, permettant d'identifier les ancêtres communs de sommets. Cela permet à un fil d'exécution d'identifier le grain de verrouillage approprié de façon efficace. L'utilisation de grains de verrouillage multiples optimise les opérations sur la hiérarchie, tout en garantissant la cohérence et les performances. Nous présentons une discussion détaillée de l'étiquetage CALock et de l'algorithme de verrouillage. Nous prouvons leurs propriétés, et nous les évaluons de manière expérimentale. Sur des hiérarchies statiques, CALock reste compétitif par rapport aux schémas d'étiquetage précédents. En présence de modifications de structure, CALock améliore la concurrence et le débit. En particulier, CALock améliore le débit jusqu'à 4,5×, et le temps de réponse par jusqu'à 1,5×, pour des charges contenant des modifications structurelles.

Hierarchies serve as a fundamental structure across various disciplines, modelling hierarchical relationships in computer science, biology, social networks, and logistics. However, dynamic, concurrent updates in real-world systems necessitate synchronisation techniques to maintain data consistency. This work explores a novel approach, called CALock, to synchronise operations on a hierarchy, based on a novel labelling scheme that facilitates multi-granularity locking. Our approach addresses both concurrent data access and structural modification. CALock exploits the hierarchical topology, via a new labelling scheme, to identify common ancestors of vertices. This enables a thread to efficiently identify an appropriate lock granule. Leveraging variable lock granularity optimizes operations across the hierarchy while ensuring consistency and performance. We provide a detailed discussion of the CALock labeling and the locking algorithm, prove its properties, and evaluate it experimentally. On static hierarchies, CALock remains competitive with previous labeling schemes. When structural modifications change the hierarchy, CALock has better concurrency and throughput. Indeed, CALock improves throughput by up to 4.5×, and response time by up to 1.5× for workloads that contain structural modifications.