sys/kern/kern_mtxpool.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2001 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  */
  27
  28 /* Mutex pool routines.  These routines are designed to be used as short
  29  * term leaf mutexes (e.g. the last mutex you might acquire other then
  30  * calling msleep()).  They operate using a shared pool.  A mutex is chosen
  31  * from the pool based on the supplied pointer (which may or may not be
  32  * valid).
  33  *
  34  * Advantages:
  35  *      - no structural overhead.  Mutexes can be associated with structures
  36  *        without adding bloat to the structures.
  37  *      - mutexes can be obtained for invalid pointers, useful when uses
  38  *        mutexes to interlock destructor ops.
  39  *      - no initialization/destructor overhead.
  40  *      - can be used with msleep.
  41  *
  42  * Disadvantages:
  43  *      - should generally only be used as leaf mutexes.
  44  *      - pool/pool dependency ordering cannot be depended on.
  45  *      - possible L1 cache mastersip contention between cpus.
  46  */
  47
  48 #include <sys/cdefs.h>
  49 __FBSDID("$FreeBSD$");
  50
  51 #include <sys/param.h>
  52 #include <sys/proc.h>
  53 #include <sys/kernel.h>
  54 #include <sys/ktr.h>
  55 #include <sys/lock.h>
  56 #include <sys/malloc.h>
  57 #include <sys/mutex.h>
  58 #include <sys/systm.h>
  59
  60
  61 static MALLOC_DEFINE(M_MTXPOOL, "mtx_pool", "mutex pool");
  62
  63 /* Pool sizes must be a power of two */
  64 #ifndef MTX_POOL_SLEEP_SIZE
  65 #define MTX_POOL_SLEEP_SIZE             1024
  66 #endif
  67
  68 struct mtxpool_header {
  69         int             mtxpool_size;
  70         int             mtxpool_mask;
  71         int             mtxpool_shift;
  72         int             mtxpool_next __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
  73 };
  74
  75 struct mtx_pool {
  76         struct mtxpool_header mtx_pool_header;
  77         struct mtx      mtx_pool_ary[1];
  78 };
  79
  80 #define mtx_pool_size   mtx_pool_header.mtxpool_size
  81 #define mtx_pool_mask   mtx_pool_header.mtxpool_mask
  82 #define mtx_pool_shift  mtx_pool_header.mtxpool_shift
  83 #define mtx_pool_next   mtx_pool_header.mtxpool_next
  84
  85 struct mtx_pool *mtxpool_sleep;
  86
  87 #if UINTPTR_MAX == UINT64_MAX   /* 64 bits */
  88 # define POINTER_BITS           64
  89 # define HASH_MULTIPLIER        11400714819323198485u /* (2^64)*(sqrt(5)-1)/2 */
  90 #else                           /* assume 32 bits */
  91 # define POINTER_BITS           32
  92 # define HASH_MULTIPLIER        2654435769u           /* (2^32)*(sqrt(5)-1)/2 */
  93 #endif
  94
  95 /*
  96  * Return the (shared) pool mutex associated with the specified address.
  97  * The returned mutex is a leaf level mutex, meaning that if you obtain it
  98  * you cannot obtain any other mutexes until you release it.  You can
  99  * legally msleep() on the mutex.
 100  */
 101 struct mtx *
 102 mtx_pool_find(struct mtx_pool *pool, void *ptr)
 103 {
 104         int p;
 105
 106         KASSERT(pool != NULL, ("_mtx_pool_find(): null pool"));
 107         /*
 108          * Fibonacci hash, see Knuth's
 109          * _Art of Computer Programming, Volume 3 / Sorting and Searching_
 110          */
 111         p = ((HASH_MULTIPLIER * (uintptr_t)ptr) >> pool->mtx_pool_shift) &
 112             pool->mtx_pool_mask;
 113         return (&pool->mtx_pool_ary[p]);
 114 }
 115
 116 static void
 117 mtx_pool_initialize(struct mtx_pool *pool, const char *mtx_name, int pool_size,
 118     int opts)
 119 {
 120         int i, maskbits;
 121
 122         pool->mtx_pool_size = pool_size;
 123         pool->mtx_pool_mask = pool_size - 1;
 124         for (i = 1, maskbits = 0; (i & pool_size) == 0; i = i << 1)
 125                 maskbits++;
 126         pool->mtx_pool_shift = POINTER_BITS - maskbits;
 127         pool->mtx_pool_next = 0;
 128         for (i = 0; i < pool_size; ++i)
 129                 mtx_init(&pool->mtx_pool_ary[i], mtx_name, NULL, opts);
 130 }
 131
 132 struct mtx_pool *
 133 mtx_pool_create(const char *mtx_name, int pool_size, int opts)
 134 {
 135         struct mtx_pool *pool;
 136
 137         if (pool_size <= 0 || !powerof2(pool_size)) {
 138                 printf("WARNING: %s pool size is not a power of 2.\n",
 139                     mtx_name);
 140                 pool_size = 128;
 141         }
 142         pool = malloc(sizeof (struct mtx_pool) +
 143             ((pool_size - 1) * sizeof (struct mtx)),
 144             M_MTXPOOL, M_WAITOK | M_ZERO);
 145         mtx_pool_initialize(pool, mtx_name, pool_size, opts);
 146         return pool;
 147 }
 148
 149 void
 150 mtx_pool_destroy(struct mtx_pool **poolp)
 151 {
 152         int i;
 153         struct mtx_pool *pool = *poolp;
 154
 155         for (i = pool->mtx_pool_size - 1; i >= 0; --i)
 156                 mtx_destroy(&pool->mtx_pool_ary[i]);
 157         free(pool, M_MTXPOOL);
 158         *poolp = NULL;
 159 }
 160
 161 static void
 162 mtx_pool_setup_dynamic(void *dummy __unused)
 163 {
 164         mtxpool_sleep = mtx_pool_create("sleep mtxpool",
 165             MTX_POOL_SLEEP_SIZE, MTX_DEF);
 166 }
 167
 168 /*
 169  * Obtain a (shared) mutex from the pool.  The returned mutex is a leaf
 170  * level mutex, meaning that if you obtain it you cannot obtain any other
 171  * mutexes until you release it.  You can legally msleep() on the mutex.
 172  */
 173 struct mtx *
 174 mtx_pool_alloc(struct mtx_pool *pool)
 175 {
 176         int i;
 177
 178         KASSERT(pool != NULL, ("mtx_pool_alloc(): null pool"));
 179         /*
 180          * mtx_pool_next is unprotected against multiple accesses,
 181          * but simultaneous access by two CPUs should not be very
 182          * harmful.
 183          */
 184         i = pool->mtx_pool_next;
 185         pool->mtx_pool_next = (i + 1) & pool->mtx_pool_mask;
 186         return (&pool->mtx_pool_ary[i]);
 187 }
 188
 189 SYSINIT(mtxpooli2, SI_SUB_MTX_POOL_DYNAMIC, SI_ORDER_FIRST,
 190     mtx_pool_setup_dynamic, NULL);