Rewriting Concurrent Haskell programs to STM

• Main Author: Silva Neto, Francisco Miranda Soares da
• Publication Date: 2014
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositório Institucional da UFPE
• Download full: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/11435
• topic: Refatoração; Haskell; Travas; Memória Transacional em Software; Concorrência; Programação Funcional; Refactoring; Locks; STM; MVar; TVar; TMVar; Concurrency; Functional Programming

Recentemente, a queda na taxa de crescimento da quantidade de transístores integráveis em processadores tem desacelerado o crescimento de poder computacional. A lei de Moore parece aproximar-se de seu fim. Com isso, é desafiada a premissa de que software escrito hoje terá melhor desempenho no futuro simplesmente devido à evolução dos processadores. Ainda assim, aplicações paralelas ainda podem se tornar mais eficientes ao se distribuir trabalho entre diferentes processadores para execução simultânea. Para permitir a paralelização, são necessários múltiplos núcleos de processamento, o que tem levado à popularização de arquiteturas multinúcleo. Entretanto, a escrita de aplicações paralelas não é trivial. Deve-se escrever um programa para execução paralela desde sua concepção, ou adaptá-lo posteriormente para execução paralela. O programador tem a difícil tarefa de paralelização da aplicação através do uso de construções de concorrência e paralelismo. Travas, a mais comum opção para concorrência, apresentam riscos para programadores inexperientes, tais quais os famosos problemas de Deadlock e Livelock. Ao adaptarem-se de arquiteturas de um único núcleo para as de multinúcleo, as linguagens de programação precisam facilitar o uso de concorrência para os programadores. Muitos pesquisadores têm indicado Memória Transacional em Software (STM, do inglês Software Transactional Memory) como a resposta para esse problema, por ser uma forma abstrata e não bloqueante para garantia de acesso isolado a recursos compartilhados. Mas adaptar para STM programas que usam travas não é simples. Além de ser uma atividade propensa a erros, detalhes técnicos da linguagem podem requerer cuidados para se preservar o comportamento do programa. Nesta dissertação, é proposto um conjunto de transformações de programas para construções de concorrência em Haskell, uma linguagem de programação puramente funcional. Elas podem ser usadas para refatorar travas de um programa para uso de construções transacionais da implementação de STM em Haskell. Isso permite ao programador aproveitar os benefícios do trabalho com STM mesmo para programas já desenvolvidos com uso de travas. Cada transformação é acompanhada de exemplos de execução e uma discussão sobre sua capacidade de preservar o comportamento do programa. Também é apresentado um estudo de apoio, no qual um experimento controlado foi usado para avaliar os benefícios do uso de travas ou STM no desenvolvimento de programas em Haskell. Apesar das opiniões dos participantes terem favorecido o uso de travas, aqueles que usaram STM cometeram em geral menos erros e em média precisaram de 12% a menos de tempo para terminar suas tarefas.