]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/kern_mutex.c
Import 1.14.3
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / kern_mutex.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1998 Berkeley Software Design, Inc. All rights reserved.
3  *
4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5  * modification, are permitted provided that the following conditions
6  * are met:
7  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
8  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
9  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
11  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
12  * 3. Berkeley Software Design Inc's name may not be used to endorse or
13  *    promote products derived from this software without specific prior
14  *    written permission.
15  *
16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY BERKELEY SOFTWARE DESIGN INC ``AS IS'' AND
17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL BERKELEY SOFTWARE DESIGN INC BE LIABLE
20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
26  * SUCH DAMAGE.
27  *
28  *      from BSDI $Id: mutex_witness.c,v 1.1.2.20 2000/04/27 03:10:27 cp Exp $
29  *      and BSDI $Id: synch_machdep.c,v 2.3.2.39 2000/04/27 03:10:25 cp Exp $
30  */
31
32 /*
33  * Machine independent bits of mutex implementation.
34  */
35
36 #include <sys/cdefs.h>
37 __FBSDID("$FreeBSD$");
38
39 #include "opt_adaptive_mutexes.h"
40 #include "opt_ddb.h"
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_sched.h"
43
44 #include <sys/param.h>
45 #include <sys/systm.h>
46 #include <sys/bus.h>
47 #include <sys/conf.h>
48 #include <sys/kdb.h>
49 #include <sys/kernel.h>
50 #include <sys/ktr.h>
51 #include <sys/lock.h>
52 #include <sys/malloc.h>
53 #include <sys/mutex.h>
54 #include <sys/proc.h>
55 #include <sys/resourcevar.h>
56 #include <sys/sched.h>
57 #include <sys/sbuf.h>
58 #include <sys/smp.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/turnstile.h>
61 #include <sys/vmmeter.h>
62 #include <sys/lock_profile.h>
63
64 #include <machine/atomic.h>
65 #include <machine/bus.h>
66 #include <machine/cpu.h>
67
68 #include <ddb/ddb.h>
69
70 #include <fs/devfs/devfs_int.h>
71
72 #include <vm/vm.h>
73 #include <vm/vm_extern.h>
74
75 #if defined(SMP) && !defined(NO_ADAPTIVE_MUTEXES)
76 #define ADAPTIVE_MUTEXES
77 #endif
78
79 #ifdef HWPMC_HOOKS
80 #include <sys/pmckern.h>
81 PMC_SOFT_DEFINE( , , lock, failed);
82 #endif
83
84 /*
85  * Return the mutex address when the lock cookie address is provided.
86  * This functionality assumes that struct mtx* have a member named mtx_lock.
87  */
88 #define mtxlock2mtx(c)  (__containerof(c, struct mtx, mtx_lock))
89
90 /*
91  * Internal utility macros.
92  */
93 #define mtx_unowned(m)  ((m)->mtx_lock == MTX_UNOWNED)
94
95 #define mtx_destroyed(m) ((m)->mtx_lock == MTX_DESTROYED)
96
97 static void     assert_mtx(const struct lock_object *lock, int what);
98 #ifdef DDB
99 static void     db_show_mtx(const struct lock_object *lock);
100 #endif
101 static void     lock_mtx(struct lock_object *lock, uintptr_t how);
102 static void     lock_spin(struct lock_object *lock, uintptr_t how);
103 #ifdef KDTRACE_HOOKS
104 static int      owner_mtx(const struct lock_object *lock,
105                     struct thread **owner);
106 #endif
107 static uintptr_t unlock_mtx(struct lock_object *lock);
108 static uintptr_t unlock_spin(struct lock_object *lock);
109
110 /*
111  * Lock classes for sleep and spin mutexes.
112  */
113 struct lock_class lock_class_mtx_sleep = {
114         .lc_name = "sleep mutex",
115         .lc_flags = LC_SLEEPLOCK | LC_RECURSABLE,
116         .lc_assert = assert_mtx,
117 #ifdef DDB
118         .lc_ddb_show = db_show_mtx,
119 #endif
120         .lc_lock = lock_mtx,
121         .lc_unlock = unlock_mtx,
122 #ifdef KDTRACE_HOOKS
123         .lc_owner = owner_mtx,
124 #endif
125 };
126 struct lock_class lock_class_mtx_spin = {
127         .lc_name = "spin mutex",
128         .lc_flags = LC_SPINLOCK | LC_RECURSABLE,
129         .lc_assert = assert_mtx,
130 #ifdef DDB
131         .lc_ddb_show = db_show_mtx,
132 #endif
133         .lc_lock = lock_spin,
134         .lc_unlock = unlock_spin,
135 #ifdef KDTRACE_HOOKS
136         .lc_owner = owner_mtx,
137 #endif
138 };
139
140 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
141 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, mtx, CTLFLAG_RD, NULL, "mtx debugging");
142
143 static struct lock_delay_config __read_frequently mtx_delay;
144
145 SYSCTL_INT(_debug_mtx, OID_AUTO, delay_base, CTLFLAG_RW, &mtx_delay.base,
146     0, "");
147 SYSCTL_INT(_debug_mtx, OID_AUTO, delay_max, CTLFLAG_RW, &mtx_delay.max,
148     0, "");
149
150 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(mtx_delay);
151 #endif
152
153 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, mtx_spin, CTLFLAG_RD, NULL,
154     "mtx spin debugging");
155
156 static struct lock_delay_config __read_frequently mtx_spin_delay;
157
158 SYSCTL_INT(_debug_mtx_spin, OID_AUTO, delay_base, CTLFLAG_RW,
159     &mtx_spin_delay.base, 0, "");
160 SYSCTL_INT(_debug_mtx_spin, OID_AUTO, delay_max, CTLFLAG_RW,
161     &mtx_spin_delay.max, 0, "");
162
163 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(mtx_spin_delay);
164
165 /*
166  * System-wide mutexes
167  */
168 struct mtx blocked_lock;
169 struct mtx __exclusive_cache_line Giant;
170
171 void
172 assert_mtx(const struct lock_object *lock, int what)
173 {
174
175         mtx_assert((const struct mtx *)lock, what);
176 }
177
178 void
179 lock_mtx(struct lock_object *lock, uintptr_t how)
180 {
181
182         mtx_lock((struct mtx *)lock);
183 }
184
185 void
186 lock_spin(struct lock_object *lock, uintptr_t how)
187 {
188
189         panic("spin locks can only use msleep_spin");
190 }
191
192 uintptr_t
193 unlock_mtx(struct lock_object *lock)
194 {
195         struct mtx *m;
196
197         m = (struct mtx *)lock;
198         mtx_assert(m, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
199         mtx_unlock(m);
200         return (0);
201 }
202
203 uintptr_t
204 unlock_spin(struct lock_object *lock)
205 {
206
207         panic("spin locks can only use msleep_spin");
208 }
209
210 #ifdef KDTRACE_HOOKS
211 int
212 owner_mtx(const struct lock_object *lock, struct thread **owner)
213 {
214         const struct mtx *m;
215         uintptr_t x;
216
217         m = (const struct mtx *)lock;
218         x = m->mtx_lock;
219         *owner = (struct thread *)(x & ~MTX_FLAGMASK);
220         return (x != MTX_UNOWNED);
221 }
222 #endif
223
224 /*
225  * Function versions of the inlined __mtx_* macros.  These are used by
226  * modules and can also be called from assembly language if needed.
227  */
228 void
229 __mtx_lock_flags(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file, int line)
230 {
231         struct mtx *m;
232         uintptr_t tid, v;
233
234         m = mtxlock2mtx(c);
235
236         KASSERT(kdb_active != 0 || SCHEDULER_STOPPED() ||
237             !TD_IS_IDLETHREAD(curthread),
238             ("mtx_lock() by idle thread %p on sleep mutex %s @ %s:%d",
239             curthread, m->lock_object.lo_name, file, line));
240         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
241             ("mtx_lock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
242         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_sleep,
243             ("mtx_lock() of spin mutex %s @ %s:%d", m->lock_object.lo_name,
244             file, line));
245         WITNESS_CHECKORDER(&m->lock_object, (opts & ~MTX_RECURSE) |
246             LOP_NEWORDER | LOP_EXCLUSIVE, file, line, NULL);
247
248         tid = (uintptr_t)curthread;
249         v = MTX_UNOWNED;
250         if (!_mtx_obtain_lock_fetch(m, &v, tid))
251                 _mtx_lock_sleep(m, v, opts, file, line);
252         else
253                 LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(adaptive__acquire,
254                     m, 0, 0, file, line);
255         LOCK_LOG_LOCK("LOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
256             line);
257         WITNESS_LOCK(&m->lock_object, (opts & ~MTX_RECURSE) | LOP_EXCLUSIVE,
258             file, line);
259         TD_LOCKS_INC(curthread);
260 }
261
262 void
263 __mtx_unlock_flags(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file, int line)
264 {
265         struct mtx *m;
266
267         m = mtxlock2mtx(c);
268
269         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
270             ("mtx_unlock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
271         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_sleep,
272             ("mtx_unlock() of spin mutex %s @ %s:%d", m->lock_object.lo_name,
273             file, line));
274         WITNESS_UNLOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
275         LOCK_LOG_LOCK("UNLOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
276             line);
277         mtx_assert(m, MA_OWNED);
278
279 #ifdef LOCK_PROFILING
280         __mtx_unlock_sleep(c, opts, file, line);
281 #else
282         __mtx_unlock(m, curthread, opts, file, line);
283 #endif
284         TD_LOCKS_DEC(curthread);
285 }
286
287 void
288 __mtx_lock_spin_flags(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file,
289     int line)
290 {
291         struct mtx *m;
292
293         if (SCHEDULER_STOPPED())
294                 return;
295
296         m = mtxlock2mtx(c);
297
298         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
299             ("mtx_lock_spin() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
300         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
301             ("mtx_lock_spin() of sleep mutex %s @ %s:%d",
302             m->lock_object.lo_name, file, line));
303         if (mtx_owned(m))
304                 KASSERT((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0 ||
305                     (opts & MTX_RECURSE) != 0,
306             ("mtx_lock_spin: recursed on non-recursive mutex %s @ %s:%d\n",
307                     m->lock_object.lo_name, file, line));
308         opts &= ~MTX_RECURSE;
309         WITNESS_CHECKORDER(&m->lock_object, opts | LOP_NEWORDER | LOP_EXCLUSIVE,
310             file, line, NULL);
311         __mtx_lock_spin(m, curthread, opts, file, line);
312         LOCK_LOG_LOCK("LOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
313             line);
314         WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
315 }
316
317 int
318 __mtx_trylock_spin_flags(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file,
319     int line)
320 {
321         struct mtx *m;
322
323         if (SCHEDULER_STOPPED())
324                 return (1);
325
326         m = mtxlock2mtx(c);
327
328         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
329             ("mtx_trylock_spin() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
330         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
331             ("mtx_trylock_spin() of sleep mutex %s @ %s:%d",
332             m->lock_object.lo_name, file, line));
333         KASSERT((opts & MTX_RECURSE) == 0,
334             ("mtx_trylock_spin: unsupp. opt MTX_RECURSE on mutex %s @ %s:%d\n",
335             m->lock_object.lo_name, file, line));
336         if (__mtx_trylock_spin(m, curthread, opts, file, line)) {
337                 LOCK_LOG_TRY("LOCK", &m->lock_object, opts, 1, file, line);
338                 WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
339                 return (1);
340         }
341         LOCK_LOG_TRY("LOCK", &m->lock_object, opts, 0, file, line);
342         return (0);
343 }
344
345 void
346 __mtx_unlock_spin_flags(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file,
347     int line)
348 {
349         struct mtx *m;
350
351         if (SCHEDULER_STOPPED())
352                 return;
353
354         m = mtxlock2mtx(c);
355
356         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
357             ("mtx_unlock_spin() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
358         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
359             ("mtx_unlock_spin() of sleep mutex %s @ %s:%d",
360             m->lock_object.lo_name, file, line));
361         WITNESS_UNLOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
362         LOCK_LOG_LOCK("UNLOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
363             line);
364         mtx_assert(m, MA_OWNED);
365
366         __mtx_unlock_spin(m);
367 }
368
369 /*
370  * The important part of mtx_trylock{,_flags}()
371  * Tries to acquire lock `m.'  If this function is called on a mutex that
372  * is already owned, it will recursively acquire the lock.
373  */
374 int
375 _mtx_trylock_flags_(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file, int line)
376 {
377         struct mtx *m;
378         struct thread *td;
379         uintptr_t tid, v;
380 #ifdef LOCK_PROFILING
381         uint64_t waittime = 0;
382         int contested = 0;
383 #endif
384         int rval;
385         bool recursed;
386
387         td = curthread;
388         tid = (uintptr_t)td;
389         if (SCHEDULER_STOPPED_TD(td))
390                 return (1);
391
392         m = mtxlock2mtx(c);
393
394         KASSERT(kdb_active != 0 || !TD_IS_IDLETHREAD(td),
395             ("mtx_trylock() by idle thread %p on sleep mutex %s @ %s:%d",
396             curthread, m->lock_object.lo_name, file, line));
397         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
398             ("mtx_trylock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
399         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_sleep,
400             ("mtx_trylock() of spin mutex %s @ %s:%d", m->lock_object.lo_name,
401             file, line));
402
403         rval = 1;
404         recursed = false;
405         v = MTX_UNOWNED;
406         for (;;) {
407                 if (_mtx_obtain_lock_fetch(m, &v, tid))
408                         break;
409                 if (v == MTX_UNOWNED)
410                         continue;
411                 if (v == tid &&
412                     ((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0 ||
413                     (opts & MTX_RECURSE) != 0)) {
414                         m->mtx_recurse++;
415                         atomic_set_ptr(&m->mtx_lock, MTX_RECURSED);
416                         recursed = true;
417                         break;
418                 }
419                 rval = 0;
420                 break;
421         }
422
423         opts &= ~MTX_RECURSE;
424
425         LOCK_LOG_TRY("LOCK", &m->lock_object, opts, rval, file, line);
426         if (rval) {
427                 WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE | LOP_TRYLOCK,
428                     file, line);
429                 TD_LOCKS_INC(curthread);
430                 if (!recursed)
431                         LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(adaptive__acquire,
432                             m, contested, waittime, file, line);
433         }
434
435         return (rval);
436 }
437
438 /*
439  * __mtx_lock_sleep: the tougher part of acquiring an MTX_DEF lock.
440  *
441  * We call this if the lock is either contested (i.e. we need to go to
442  * sleep waiting for it), or if we need to recurse on it.
443  */
444 #if LOCK_DEBUG > 0
445 void
446 __mtx_lock_sleep(volatile uintptr_t *c, uintptr_t v, int opts, const char *file,
447     int line)
448 #else
449 void
450 __mtx_lock_sleep(volatile uintptr_t *c, uintptr_t v)
451 #endif
452 {
453         struct thread *td;
454         struct mtx *m;
455         struct turnstile *ts;
456         uintptr_t tid;
457 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
458         volatile struct thread *owner;
459 #endif
460 #ifdef KTR
461         int cont_logged = 0;
462 #endif
463 #ifdef LOCK_PROFILING
464         int contested = 0;
465         uint64_t waittime = 0;
466 #endif
467 #if defined(ADAPTIVE_MUTEXES) || defined(KDTRACE_HOOKS)
468         struct lock_delay_arg lda;
469 #endif
470 #ifdef KDTRACE_HOOKS
471         u_int sleep_cnt = 0;
472         int64_t sleep_time = 0;
473         int64_t all_time = 0;
474 #endif
475 #if defined(KDTRACE_HOOKS) || defined(LOCK_PROFILING)
476         int doing_lockprof;
477 #endif
478         td = curthread;
479         tid = (uintptr_t)td;
480         if (SCHEDULER_STOPPED_TD(td))
481                 return;
482
483 #if defined(ADAPTIVE_MUTEXES)
484         lock_delay_arg_init(&lda, &mtx_delay);
485 #elif defined(KDTRACE_HOOKS)
486         lock_delay_arg_init(&lda, NULL);
487 #endif
488         m = mtxlock2mtx(c);
489         if (__predict_false(v == MTX_UNOWNED))
490                 v = MTX_READ_VALUE(m);
491
492         if (__predict_false(lv_mtx_owner(v) == td)) {
493                 KASSERT((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0 ||
494                     (opts & MTX_RECURSE) != 0,
495             ("_mtx_lock_sleep: recursed on non-recursive mutex %s @ %s:%d\n",
496                     m->lock_object.lo_name, file, line));
497 #if LOCK_DEBUG > 0
498                 opts &= ~MTX_RECURSE;
499 #endif
500                 m->mtx_recurse++;
501                 atomic_set_ptr(&m->mtx_lock, MTX_RECURSED);
502                 if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
503                         CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_lock_sleep: %p recursing", m);
504                 return;
505         }
506 #if LOCK_DEBUG > 0
507         opts &= ~MTX_RECURSE;
508 #endif
509
510 #ifdef HWPMC_HOOKS
511         PMC_SOFT_CALL( , , lock, failed);
512 #endif
513         lock_profile_obtain_lock_failed(&m->lock_object,
514                     &contested, &waittime);
515         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
516                 CTR4(KTR_LOCK,
517                     "_mtx_lock_sleep: %s contested (lock=%p) at %s:%d",
518                     m->lock_object.lo_name, (void *)m->mtx_lock, file, line);
519 #ifdef LOCK_PROFILING
520         doing_lockprof = 1;
521 #elif defined(KDTRACE_HOOKS)
522         doing_lockprof = lockstat_enabled;
523         if (__predict_false(doing_lockprof))
524                 all_time -= lockstat_nsecs(&m->lock_object);
525 #endif
526
527         for (;;) {
528                 if (v == MTX_UNOWNED) {
529                         if (_mtx_obtain_lock_fetch(m, &v, tid))
530                                 break;
531                         continue;
532                 }
533 #ifdef KDTRACE_HOOKS
534                 lda.spin_cnt++;
535 #endif
536 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
537                 /*
538                  * If the owner is running on another CPU, spin until the
539                  * owner stops running or the state of the lock changes.
540                  */
541                 owner = lv_mtx_owner(v);
542                 if (TD_IS_RUNNING(owner)) {
543                         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, 0))
544                                 CTR3(KTR_LOCK,
545                                     "%s: spinning on %p held by %p",
546                                     __func__, m, owner);
547                         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread",
548                             sched_tdname((struct thread *)tid),
549                             "spinning", "lockname:\"%s\"",
550                             m->lock_object.lo_name);
551                         do {
552                                 lock_delay(&lda);
553                                 v = MTX_READ_VALUE(m);
554                                 owner = lv_mtx_owner(v);
555                         } while (v != MTX_UNOWNED && TD_IS_RUNNING(owner));
556                         KTR_STATE0(KTR_SCHED, "thread",
557                             sched_tdname((struct thread *)tid),
558                             "running");
559                         continue;
560                 }
561 #endif
562
563                 ts = turnstile_trywait(&m->lock_object);
564                 v = MTX_READ_VALUE(m);
565
566                 /*
567                  * Check if the lock has been released while spinning for
568                  * the turnstile chain lock.
569                  */
570                 if (v == MTX_UNOWNED) {
571                         turnstile_cancel(ts);
572                         continue;
573                 }
574
575 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
576                 /*
577                  * The current lock owner might have started executing
578                  * on another CPU (or the lock could have changed
579                  * owners) while we were waiting on the turnstile
580                  * chain lock.  If so, drop the turnstile lock and try
581                  * again.
582                  */
583                 owner = lv_mtx_owner(v);
584                 if (TD_IS_RUNNING(owner)) {
585                         turnstile_cancel(ts);
586                         continue;
587                 }
588 #endif
589
590                 /*
591                  * If the mutex isn't already contested and a failure occurs
592                  * setting the contested bit, the mutex was either released
593                  * or the state of the MTX_RECURSED bit changed.
594                  */
595                 if ((v & MTX_CONTESTED) == 0 &&
596                     !atomic_cmpset_ptr(&m->mtx_lock, v, v | MTX_CONTESTED)) {
597                         turnstile_cancel(ts);
598                         v = MTX_READ_VALUE(m);
599                         continue;
600                 }
601
602                 /*
603                  * We definitely must sleep for this lock.
604                  */
605                 mtx_assert(m, MA_NOTOWNED);
606
607 #ifdef KTR
608                 if (!cont_logged) {
609                         CTR6(KTR_CONTENTION,
610                             "contention: %p at %s:%d wants %s, taken by %s:%d",
611                             (void *)tid, file, line, m->lock_object.lo_name,
612                             WITNESS_FILE(&m->lock_object),
613                             WITNESS_LINE(&m->lock_object));
614                         cont_logged = 1;
615                 }
616 #endif
617
618                 /*
619                  * Block on the turnstile.
620                  */
621 #ifdef KDTRACE_HOOKS
622                 sleep_time -= lockstat_nsecs(&m->lock_object);
623 #endif
624                 turnstile_wait(ts, mtx_owner(m), TS_EXCLUSIVE_QUEUE);
625 #ifdef KDTRACE_HOOKS
626                 sleep_time += lockstat_nsecs(&m->lock_object);
627                 sleep_cnt++;
628 #endif
629                 v = MTX_READ_VALUE(m);
630         }
631 #ifdef KTR
632         if (cont_logged) {
633                 CTR4(KTR_CONTENTION,
634                     "contention end: %s acquired by %p at %s:%d",
635                     m->lock_object.lo_name, (void *)tid, file, line);
636         }
637 #endif
638 #if defined(KDTRACE_HOOKS) || defined(LOCK_PROFILING)
639         if (__predict_true(!doing_lockprof))
640                 return;
641 #endif
642 #ifdef KDTRACE_HOOKS
643         all_time += lockstat_nsecs(&m->lock_object);
644 #endif
645         LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(adaptive__acquire, m, contested,
646             waittime, file, line);
647 #ifdef KDTRACE_HOOKS
648         if (sleep_time)
649                 LOCKSTAT_RECORD1(adaptive__block, m, sleep_time);
650
651         /*
652          * Only record the loops spinning and not sleeping.
653          */
654         if (lda.spin_cnt > sleep_cnt)
655                 LOCKSTAT_RECORD1(adaptive__spin, m, all_time - sleep_time);
656 #endif
657 }
658
659 static void
660 _mtx_lock_spin_failed(struct mtx *m)
661 {
662         struct thread *td;
663
664         td = mtx_owner(m);
665
666         /* If the mutex is unlocked, try again. */
667         if (td == NULL)
668                 return;
669
670         printf( "spin lock %p (%s) held by %p (tid %d) too long\n",
671             m, m->lock_object.lo_name, td, td->td_tid);
672 #ifdef WITNESS
673         witness_display_spinlock(&m->lock_object, td, printf);
674 #endif
675         panic("spin lock held too long");
676 }
677
678 #ifdef SMP
679 /*
680  * _mtx_lock_spin_cookie: the tougher part of acquiring an MTX_SPIN lock.
681  *
682  * This is only called if we need to actually spin for the lock. Recursion
683  * is handled inline.
684  */
685 void
686 _mtx_lock_spin_cookie(volatile uintptr_t *c, uintptr_t v, uintptr_t tid,
687     int opts, const char *file, int line)
688 {
689         struct mtx *m;
690         struct lock_delay_arg lda;
691 #ifdef LOCK_PROFILING
692         int contested = 0;
693         uint64_t waittime = 0;
694 #endif
695 #ifdef KDTRACE_HOOKS
696         int64_t spin_time = 0;
697 #endif
698 #if defined(KDTRACE_HOOKS) || defined(LOCK_PROFILING)
699         int doing_lockprof;
700 #endif
701
702         if (SCHEDULER_STOPPED())
703                 return;
704
705         lock_delay_arg_init(&lda, &mtx_spin_delay);
706         m = mtxlock2mtx(c);
707
708         if (__predict_false(v == MTX_UNOWNED))
709                 v = MTX_READ_VALUE(m);
710
711         if (__predict_false(v == tid)) {
712                 m->mtx_recurse++;
713                 return;
714         }
715
716         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
717                 CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_lock_spin: %p spinning", m);
718         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname((struct thread *)tid),
719             "spinning", "lockname:\"%s\"", m->lock_object.lo_name);
720
721 #ifdef HWPMC_HOOKS
722         PMC_SOFT_CALL( , , lock, failed);
723 #endif
724         lock_profile_obtain_lock_failed(&m->lock_object, &contested, &waittime);
725 #ifdef LOCK_PROFILING
726         doing_lockprof = 1;
727 #elif defined(KDTRACE_HOOKS)
728         doing_lockprof = lockstat_enabled;
729         if (__predict_false(doing_lockprof))
730                 spin_time -= lockstat_nsecs(&m->lock_object);
731 #endif
732         for (;;) {
733                 if (v == MTX_UNOWNED) {
734                         if (_mtx_obtain_lock_fetch(m, &v, tid))
735                                 break;
736                         continue;
737                 }
738                 /* Give interrupts a chance while we spin. */
739                 spinlock_exit();
740                 do {
741                         if (lda.spin_cnt < 10000000) {
742                                 lock_delay(&lda);
743                         } else {
744                                 lda.spin_cnt++;
745                                 if (lda.spin_cnt < 60000000 || kdb_active ||
746                                     panicstr != NULL)
747                                         DELAY(1);
748                                 else
749                                         _mtx_lock_spin_failed(m);
750                                 cpu_spinwait();
751                         }
752                         v = MTX_READ_VALUE(m);
753                 } while (v != MTX_UNOWNED);
754                 spinlock_enter();
755         }
756
757         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
758                 CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_lock_spin: %p spin done", m);
759         KTR_STATE0(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname((struct thread *)tid),
760             "running");
761
762 #if defined(KDTRACE_HOOKS) || defined(LOCK_PROFILING)
763         if (__predict_true(!doing_lockprof))
764                 return;
765 #endif
766 #ifdef KDTRACE_HOOKS
767         spin_time += lockstat_nsecs(&m->lock_object);
768 #endif
769         LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(spin__acquire, m,
770             contested, waittime, file, line);
771 #ifdef KDTRACE_HOOKS
772         if (lda.spin_cnt != 0)
773                 LOCKSTAT_RECORD1(spin__spin, m, spin_time);
774 #endif
775 }
776 #endif /* SMP */
777
778 void
779 thread_lock_flags_(struct thread *td, int opts, const char *file, int line)
780 {
781         struct mtx *m;
782         uintptr_t tid, v;
783         struct lock_delay_arg lda;
784 #ifdef LOCK_PROFILING
785         int contested = 0;
786         uint64_t waittime = 0;
787 #endif
788 #ifdef KDTRACE_HOOKS
789         int64_t spin_time = 0;
790 #endif
791 #if defined(KDTRACE_HOOKS) || defined(LOCK_PROFILING)
792         int doing_lockprof = 1;
793 #endif
794
795         tid = (uintptr_t)curthread;
796
797         if (SCHEDULER_STOPPED()) {
798                 /*
799                  * Ensure that spinlock sections are balanced even when the
800                  * scheduler is stopped, since we may otherwise inadvertently
801                  * re-enable interrupts while dumping core.
802                  */
803                 spinlock_enter();
804                 return;
805         }
806
807         lock_delay_arg_init(&lda, &mtx_spin_delay);
808
809 #ifdef LOCK_PROFILING
810         doing_lockprof = 1;
811 #elif defined(KDTRACE_HOOKS)
812         doing_lockprof = lockstat_enabled;
813         if (__predict_false(doing_lockprof))
814                 spin_time -= lockstat_nsecs(&td->td_lock->lock_object);
815 #endif
816         for (;;) {
817 retry:
818                 v = MTX_UNOWNED;
819                 spinlock_enter();
820                 m = td->td_lock;
821                 KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
822                     ("thread_lock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
823                 KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
824                     ("thread_lock() of sleep mutex %s @ %s:%d",
825                     m->lock_object.lo_name, file, line));
826                 if (mtx_owned(m))
827                         KASSERT((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0,
828             ("thread_lock: recursed on non-recursive mutex %s @ %s:%d\n",
829                             m->lock_object.lo_name, file, line));
830                 WITNESS_CHECKORDER(&m->lock_object,
831                     opts | LOP_NEWORDER | LOP_EXCLUSIVE, file, line, NULL);
832                 for (;;) {
833                         if (_mtx_obtain_lock_fetch(m, &v, tid))
834                                 break;
835                         if (v == MTX_UNOWNED)
836                                 continue;
837                         if (v == tid) {
838                                 m->mtx_recurse++;
839                                 break;
840                         }
841 #ifdef HWPMC_HOOKS
842                         PMC_SOFT_CALL( , , lock, failed);
843 #endif
844                         lock_profile_obtain_lock_failed(&m->lock_object,
845                             &contested, &waittime);
846                         /* Give interrupts a chance while we spin. */
847                         spinlock_exit();
848                         do {
849                                 if (lda.spin_cnt < 10000000) {
850                                         lock_delay(&lda);
851                                 } else {
852                                         lda.spin_cnt++;
853                                         if (lda.spin_cnt < 60000000 ||
854                                             kdb_active || panicstr != NULL)
855                                                 DELAY(1);
856                                         else
857                                                 _mtx_lock_spin_failed(m);
858                                         cpu_spinwait();
859                                 }
860                                 if (m != td->td_lock)
861                                         goto retry;
862                                 v = MTX_READ_VALUE(m);
863                         } while (v != MTX_UNOWNED);
864                         spinlock_enter();
865                 }
866                 if (m == td->td_lock)
867                         break;
868                 __mtx_unlock_spin(m);   /* does spinlock_exit() */
869         }
870         LOCK_LOG_LOCK("LOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
871             line);
872         WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
873
874 #if defined(KDTRACE_HOOKS) || defined(LOCK_PROFILING)
875         if (__predict_true(!doing_lockprof))
876                 return;
877 #endif
878 #ifdef KDTRACE_HOOKS
879         spin_time += lockstat_nsecs(&m->lock_object);
880 #endif
881         if (m->mtx_recurse == 0)
882                 LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(spin__acquire, m,
883                     contested, waittime, file, line);
884 #ifdef KDTRACE_HOOKS
885         if (lda.spin_cnt != 0)
886                 LOCKSTAT_RECORD1(thread__spin, m, spin_time);
887 #endif
888 }
889
890 struct mtx *
891 thread_lock_block(struct thread *td)
892 {
893         struct mtx *lock;
894
895         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
896         lock = td->td_lock;
897         td->td_lock = &blocked_lock;
898         mtx_unlock_spin(lock);
899
900         return (lock);
901 }
902
903 void
904 thread_lock_unblock(struct thread *td, struct mtx *new)
905 {
906         mtx_assert(new, MA_OWNED);
907         MPASS(td->td_lock == &blocked_lock);
908         atomic_store_rel_ptr((volatile void *)&td->td_lock, (uintptr_t)new);
909 }
910
911 void
912 thread_lock_set(struct thread *td, struct mtx *new)
913 {
914         struct mtx *lock;
915
916         mtx_assert(new, MA_OWNED);
917         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
918         lock = td->td_lock;
919         td->td_lock = new;
920         mtx_unlock_spin(lock);
921 }
922
923 /*
924  * __mtx_unlock_sleep: the tougher part of releasing an MTX_DEF lock.
925  *
926  * We are only called here if the lock is recursed, contested (i.e. we
927  * need to wake up a blocked thread) or lockstat probe is active.
928  */
929 #if LOCK_DEBUG > 0
930 void
931 __mtx_unlock_sleep(volatile uintptr_t *c, int opts, const char *file, int line)
932 #else
933 void
934 __mtx_unlock_sleep(volatile uintptr_t *c)
935 #endif
936 {
937         struct mtx *m;
938         struct turnstile *ts;
939         uintptr_t tid, v;
940
941         if (SCHEDULER_STOPPED())
942                 return;
943
944         tid = (uintptr_t)curthread;
945         m = mtxlock2mtx(c);
946         v = MTX_READ_VALUE(m);
947
948         if (v & MTX_RECURSED) {
949                 if (--(m->mtx_recurse) == 0)
950                         atomic_clear_ptr(&m->mtx_lock, MTX_RECURSED);
951                 if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
952                         CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_unlock_sleep: %p unrecurse", m);
953                 return;
954         }
955
956         LOCKSTAT_PROFILE_RELEASE_LOCK(adaptive__release, m);
957         if (v == tid && _mtx_release_lock(m, tid))
958                 return;
959
960         /*
961          * We have to lock the chain before the turnstile so this turnstile
962          * can be removed from the hash list if it is empty.
963          */
964         turnstile_chain_lock(&m->lock_object);
965         ts = turnstile_lookup(&m->lock_object);
966         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
967                 CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_unlock_sleep: %p contested", m);
968         MPASS(ts != NULL);
969         turnstile_broadcast(ts, TS_EXCLUSIVE_QUEUE);
970         _mtx_release_lock_quick(m);
971
972         /*
973          * This turnstile is now no longer associated with the mutex.  We can
974          * unlock the chain lock so a new turnstile may take it's place.
975          */
976         turnstile_unpend(ts, TS_EXCLUSIVE_LOCK);
977         turnstile_chain_unlock(&m->lock_object);
978 }
979
980 /*
981  * All the unlocking of MTX_SPIN locks is done inline.
982  * See the __mtx_unlock_spin() macro for the details.
983  */
984
985 /*
986  * The backing function for the INVARIANTS-enabled mtx_assert()
987  */
988 #ifdef INVARIANT_SUPPORT
989 void
990 __mtx_assert(const volatile uintptr_t *c, int what, const char *file, int line)
991 {
992         const struct mtx *m;
993
994         if (panicstr != NULL || dumping || SCHEDULER_STOPPED())
995                 return;
996
997         m = mtxlock2mtx(c);
998
999         switch (what) {
1000         case MA_OWNED:
1001         case MA_OWNED | MA_RECURSED:
1002         case MA_OWNED | MA_NOTRECURSED:
1003                 if (!mtx_owned(m))
1004                         panic("mutex %s not owned at %s:%d",
1005                             m->lock_object.lo_name, file, line);
1006                 if (mtx_recursed(m)) {
1007                         if ((what & MA_NOTRECURSED) != 0)
1008                                 panic("mutex %s recursed at %s:%d",
1009                                     m->lock_object.lo_name, file, line);
1010                 } else if ((what & MA_RECURSED) != 0) {
1011                         panic("mutex %s unrecursed at %s:%d",
1012                             m->lock_object.lo_name, file, line);
1013                 }
1014                 break;
1015         case MA_NOTOWNED:
1016                 if (mtx_owned(m))
1017                         panic("mutex %s owned at %s:%d",
1018                             m->lock_object.lo_name, file, line);
1019                 break;
1020         default:
1021                 panic("unknown mtx_assert at %s:%d", file, line);
1022         }
1023 }
1024 #endif
1025
1026 /*
1027  * General init routine used by the MTX_SYSINIT() macro.
1028  */
1029 void
1030 mtx_sysinit(void *arg)
1031 {
1032         struct mtx_args *margs = arg;
1033
1034         mtx_init((struct mtx *)margs->ma_mtx, margs->ma_desc, NULL,
1035             margs->ma_opts);
1036 }
1037
1038 /*
1039  * Mutex initialization routine; initialize lock `m' of type contained in
1040  * `opts' with options contained in `opts' and name `name.'  The optional
1041  * lock type `type' is used as a general lock category name for use with
1042  * witness.
1043  */
1044 void
1045 _mtx_init(volatile uintptr_t *c, const char *name, const char *type, int opts)
1046 {
1047         struct mtx *m;
1048         struct lock_class *class;
1049         int flags;
1050
1051         m = mtxlock2mtx(c);
1052
1053         MPASS((opts & ~(MTX_SPIN | MTX_QUIET | MTX_RECURSE |
1054             MTX_NOWITNESS | MTX_DUPOK | MTX_NOPROFILE | MTX_NEW)) == 0);
1055         ASSERT_ATOMIC_LOAD_PTR(m->mtx_lock,
1056             ("%s: mtx_lock not aligned for %s: %p", __func__, name,
1057             &m->mtx_lock));
1058
1059         /* Determine lock class and lock flags. */
1060         if (opts & MTX_SPIN)
1061                 class = &lock_class_mtx_spin;
1062         else
1063                 class = &lock_class_mtx_sleep;
1064         flags = 0;
1065         if (opts & MTX_QUIET)
1066                 flags |= LO_QUIET;
1067         if (opts & MTX_RECURSE)
1068                 flags |= LO_RECURSABLE;
1069         if ((opts & MTX_NOWITNESS) == 0)
1070                 flags |= LO_WITNESS;
1071         if (opts & MTX_DUPOK)
1072                 flags |= LO_DUPOK;
1073         if (opts & MTX_NOPROFILE)
1074                 flags |= LO_NOPROFILE;
1075         if (opts & MTX_NEW)
1076                 flags |= LO_NEW;
1077
1078         /* Initialize mutex. */
1079         lock_init(&m->lock_object, class, name, type, flags);
1080
1081         m->mtx_lock = MTX_UNOWNED;
1082         m->mtx_recurse = 0;
1083 }
1084
1085 /*
1086  * Remove lock `m' from all_mtx queue.  We don't allow MTX_QUIET to be
1087  * passed in as a flag here because if the corresponding mtx_init() was
1088  * called with MTX_QUIET set, then it will already be set in the mutex's
1089  * flags.
1090  */
1091 void
1092 _mtx_destroy(volatile uintptr_t *c)
1093 {
1094         struct mtx *m;
1095
1096         m = mtxlock2mtx(c);
1097
1098         if (!mtx_owned(m))
1099                 MPASS(mtx_unowned(m));
1100         else {
1101                 MPASS((m->mtx_lock & (MTX_RECURSED|MTX_CONTESTED)) == 0);
1102
1103                 /* Perform the non-mtx related part of mtx_unlock_spin(). */
1104                 if (LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin)
1105                         spinlock_exit();
1106                 else
1107                         TD_LOCKS_DEC(curthread);
1108
1109                 lock_profile_release_lock(&m->lock_object);
1110                 /* Tell witness this isn't locked to make it happy. */
1111                 WITNESS_UNLOCK(&m->lock_object, LOP_EXCLUSIVE, __FILE__,
1112                     __LINE__);
1113         }
1114
1115         m->mtx_lock = MTX_DESTROYED;
1116         lock_destroy(&m->lock_object);
1117 }
1118
1119 /*
1120  * Intialize the mutex code and system mutexes.  This is called from the MD
1121  * startup code prior to mi_startup().  The per-CPU data space needs to be
1122  * setup before this is called.
1123  */
1124 void
1125 mutex_init(void)
1126 {
1127
1128         /* Setup turnstiles so that sleep mutexes work. */
1129         init_turnstiles();
1130
1131         /*
1132          * Initialize mutexes.
1133          */
1134         mtx_init(&Giant, "Giant", NULL, MTX_DEF | MTX_RECURSE);
1135         mtx_init(&blocked_lock, "blocked lock", NULL, MTX_SPIN);
1136         blocked_lock.mtx_lock = 0xdeadc0de;     /* Always blocked. */
1137         mtx_init(&proc0.p_mtx, "process lock", NULL, MTX_DEF | MTX_DUPOK);
1138         mtx_init(&proc0.p_slock, "process slock", NULL, MTX_SPIN);
1139         mtx_init(&proc0.p_statmtx, "pstatl", NULL, MTX_SPIN);
1140         mtx_init(&proc0.p_itimmtx, "pitiml", NULL, MTX_SPIN);
1141         mtx_init(&proc0.p_profmtx, "pprofl", NULL, MTX_SPIN);
1142         mtx_init(&devmtx, "cdev", NULL, MTX_DEF);
1143         mtx_lock(&Giant);
1144 }
1145
1146 #ifdef DDB
1147 void
1148 db_show_mtx(const struct lock_object *lock)
1149 {
1150         struct thread *td;
1151         const struct mtx *m;
1152
1153         m = (const struct mtx *)lock;
1154
1155         db_printf(" flags: {");
1156         if (LOCK_CLASS(lock) == &lock_class_mtx_spin)
1157                 db_printf("SPIN");
1158         else
1159                 db_printf("DEF");
1160         if (m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE)
1161                 db_printf(", RECURSE");
1162         if (m->lock_object.lo_flags & LO_DUPOK)
1163                 db_printf(", DUPOK");
1164         db_printf("}\n");
1165         db_printf(" state: {");
1166         if (mtx_unowned(m))
1167                 db_printf("UNOWNED");
1168         else if (mtx_destroyed(m))
1169                 db_printf("DESTROYED");
1170         else {
1171                 db_printf("OWNED");
1172                 if (m->mtx_lock & MTX_CONTESTED)
1173                         db_printf(", CONTESTED");
1174                 if (m->mtx_lock & MTX_RECURSED)
1175                         db_printf(", RECURSED");
1176         }
1177         db_printf("}\n");
1178         if (!mtx_unowned(m) && !mtx_destroyed(m)) {
1179                 td = mtx_owner(m);
1180                 db_printf(" owner: %p (tid %d, pid %d, \"%s\")\n", td,
1181                     td->td_tid, td->td_proc->p_pid, td->td_name);
1182                 if (mtx_recursed(m))
1183                         db_printf(" recursed: %d\n", m->mtx_recurse);
1184         }
1185 }
1186 #endif