sys/kern/subr_sleepqueue.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2004 John Baldwin <jhb@FreeBSD.org>
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  * 3. Neither the name of the author nor the names of any co-contributors
  14  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  15  *    without specific prior written permission.
  16  *
  17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  18  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  19  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  20  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  21  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  22  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  23  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  24  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  25  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  26  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  27  * SUCH DAMAGE.
  28  */
  29
  30 /*
  31  * Implementation of sleep queues used to hold queue of threads blocked on
  32  * a wait channel.  Sleep queues different from turnstiles in that wait
  33  * channels are not owned by anyone, so there is no priority propagation.
  34  * Sleep queues can also provide a timeout and can also be interrupted by
  35  * signals.  That said, there are several similarities between the turnstile
  36  * and sleep queue implementations.  (Note: turnstiles were implemented
  37  * first.)  For example, both use a hash table of the same size where each
  38  * bucket is referred to as a "chain" that contains both a spin lock and
  39  * a linked list of queues.  An individual queue is located by using a hash
  40  * to pick a chain, locking the chain, and then walking the chain searching
  41  * for the queue.  This means that a wait channel object does not need to
  42  * embed it's queue head just as locks do not embed their turnstile queue
  43  * head.  Threads also carry around a sleep queue that they lend to the
  44  * wait channel when blocking.  Just as in turnstiles, the queue includes
  45  * a free list of the sleep queues of other threads blocked on the same
  46  * wait channel in the case of multiple waiters.
  47  *
  48  * Some additional functionality provided by sleep queues include the
  49  * ability to set a timeout.  The timeout is managed using a per-thread
  50  * callout that resumes a thread if it is asleep.  A thread may also
  51  * catch signals while it is asleep (aka an interruptible sleep).  The
  52  * signal code uses sleepq_abort() to interrupt a sleeping thread.  Finally,
  53  * sleep queues also provide some extra assertions.  One is not allowed to
  54  * mix the sleep/wakeup and cv APIs for a given wait channel.  Also, one
  55  * must consistently use the same lock to synchronize with a wait channel,
  56  * though this check is currently only a warning for sleep/wakeup due to
  57  * pre-existing abuse of that API.  The same lock must also be held when
  58  * awakening threads, though that is currently only enforced for condition
  59  * variables.
  60  */
  61
  62 #include <sys/cdefs.h>
  63 __FBSDID("$FreeBSD$");
  64
  65 #include "opt_sleepqueue_profiling.h"
  66 #include "opt_ddb.h"
  67 #include "opt_sched.h"
  68
  69 #include <sys/param.h>
  70 #include <sys/systm.h>
  71 #include <sys/lock.h>
  72 #include <sys/kernel.h>
  73 #include <sys/ktr.h>
  74 #include <sys/mutex.h>
  75 #include <sys/proc.h>
  76 #include <sys/sched.h>
  77 #include <sys/signalvar.h>
  78 #include <sys/sleepqueue.h>
  79 #include <sys/sysctl.h>
  80
  81 #include <vm/uma.h>
  82
  83 #ifdef DDB
  84 #include <ddb/ddb.h>
  85 #endif
  86
  87 /*
  88  * Constants for the hash table of sleep queue chains.  These constants are
  89  * the same ones that 4BSD (and possibly earlier versions of BSD) used.
  90  * Basically, we ignore the lower 8 bits of the address since most wait
  91  * channel pointers are aligned and only look at the next 7 bits for the
  92  * hash.  SC_TABLESIZE must be a power of two for SC_MASK to work properly.
  93  */
  94 #define SC_TABLESIZE    128                     /* Must be power of 2. */
  95 #define SC_MASK         (SC_TABLESIZE - 1)
  96 #define SC_SHIFT        8
  97 #define SC_HASH(wc)     (((uintptr_t)(wc) >> SC_SHIFT) & SC_MASK)
  98 #define SC_LOOKUP(wc)   &sleepq_chains[SC_HASH(wc)]
  99 #define NR_SLEEPQS      2
 100 /*
 101  * There two different lists of sleep queues.  Both lists are connected
 102  * via the sq_hash entries.  The first list is the sleep queue chain list
 103  * that a sleep queue is on when it is attached to a wait channel.  The
 104  * second list is the free list hung off of a sleep queue that is attached
 105  * to a wait channel.
 106  *
 107  * Each sleep queue also contains the wait channel it is attached to, the
 108  * list of threads blocked on that wait channel, flags specific to the
 109  * wait channel, and the lock used to synchronize with a wait channel.
 110  * The flags are used to catch mismatches between the various consumers
 111  * of the sleep queue API (e.g. sleep/wakeup and condition variables).
 112  * The lock pointer is only used when invariants are enabled for various
 113  * debugging checks.
 114  *
 115  * Locking key:
 116  *  c - sleep queue chain lock
 117  */
 118 struct sleepqueue {
 119         TAILQ_HEAD(, thread) sq_blocked[NR_SLEEPQS];    /* (c) Blocked threads. */
 120         LIST_ENTRY(sleepqueue) sq_hash;         /* (c) Chain and free list. */
 121         LIST_HEAD(, sleepqueue) sq_free;        /* (c) Free queues. */
 122         void    *sq_wchan;                      /* (c) Wait channel. */
 123 #ifdef INVARIANTS
 124         int     sq_type;                        /* (c) Queue type. */
 125         struct lock_object *sq_lock;            /* (c) Associated lock. */
 126 #endif
 127 };
 128
 129 struct sleepqueue_chain {
 130         LIST_HEAD(, sleepqueue) sc_queues;      /* List of sleep queues. */
 131         struct mtx sc_lock;                     /* Spin lock for this chain. */
 132 #ifdef SLEEPQUEUE_PROFILING
 133         u_int   sc_depth;                       /* Length of sc_queues. */
 134         u_int   sc_max_depth;                   /* Max length of sc_queues. */
 135 #endif
 136 };
 137
 138 #ifdef SLEEPQUEUE_PROFILING
 139 u_int sleepq_max_depth;
 140 SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, sleepq, CTLFLAG_RD, 0, "sleepq profiling");
 141 SYSCTL_NODE(_debug_sleepq, OID_AUTO, chains, CTLFLAG_RD, 0,
 142     "sleepq chain stats");
 143 SYSCTL_UINT(_debug_sleepq, OID_AUTO, max_depth, CTLFLAG_RD, &sleepq_max_depth,
 144     0, "maxmimum depth achieved of a single chain");
 145 #endif
 146 static struct sleepqueue_chain sleepq_chains[SC_TABLESIZE];
 147 static uma_zone_t sleepq_zone;
 148
 149 /*
 150  * Prototypes for non-exported routines.
 151  */
 152 static int      sleepq_catch_signals(void *wchan);
 153 static int      sleepq_check_signals(void);
 154 static int      sleepq_check_timeout(void);
 155 #ifdef INVARIANTS
 156 static void     sleepq_dtor(void *mem, int size, void *arg);
 157 #endif
 158 static int      sleepq_init(void *mem, int size, int flags);
 159 static void     sleepq_resume_thread(struct sleepqueue *sq, struct thread *td,
 160                     int pri);
 161 static void     sleepq_switch(void *wchan);
 162 static void     sleepq_timeout(void *arg);
 163
 164 /*
 165  * Early initialization of sleep queues that is called from the sleepinit()
 166  * SYSINIT.
 167  */
 168 void
 169 init_sleepqueues(void)
 170 {
 171 #ifdef SLEEPQUEUE_PROFILING
 172         struct sysctl_oid *chain_oid;
 173         char chain_name[10];
 174 #endif
 175         int i;
 176
 177         for (i = 0; i < SC_TABLESIZE; i++) {
 178                 LIST_INIT(&sleepq_chains[i].sc_queues);
 179                 mtx_init(&sleepq_chains[i].sc_lock, "sleepq chain", NULL,
 180                     MTX_SPIN);
 181 #ifdef SLEEPQUEUE_PROFILING
 182                 snprintf(chain_name, sizeof(chain_name), "%d", i);
 183                 chain_oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL,
 184                     SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_debug_sleepq_chains), OID_AUTO,
 185                     chain_name, CTLFLAG_RD, NULL, "sleepq chain stats");
 186                 SYSCTL_ADD_UINT(NULL, SYSCTL_CHILDREN(chain_oid), OID_AUTO,
 187                     "depth", CTLFLAG_RD, &sleepq_chains[i].sc_depth, 0, NULL);
 188                 SYSCTL_ADD_UINT(NULL, SYSCTL_CHILDREN(chain_oid), OID_AUTO,
 189                     "max_depth", CTLFLAG_RD, &sleepq_chains[i].sc_max_depth, 0,
 190                     NULL);
 191 #endif
 192         }
 193         sleepq_zone = uma_zcreate("SLEEPQUEUE", sizeof(struct sleepqueue),
 194 #ifdef INVARIANTS
 195             NULL, sleepq_dtor, sleepq_init, NULL, UMA_ALIGN_CACHE, 0);
 196 #else
 197             NULL, NULL, sleepq_init, NULL, UMA_ALIGN_CACHE, 0);
 198 #endif
 199
 200         thread0.td_sleepqueue = sleepq_alloc();
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Get a sleep queue for a new thread.
 205  */
 206 struct sleepqueue *
 207 sleepq_alloc(void)
 208 {
 209
 210         return (uma_zalloc(sleepq_zone, M_WAITOK));
 211 }
 212
 213 /*
 214  * Free a sleep queue when a thread is destroyed.
 215  */
 216 void
 217 sleepq_free(struct sleepqueue *sq)
 218 {
 219
 220         uma_zfree(sleepq_zone, sq);
 221 }
 222
 223 /*
 224  * Lock the sleep queue chain associated with the specified wait channel.
 225  */
 226 void
 227 sleepq_lock(void *wchan)
 228 {
 229         struct sleepqueue_chain *sc;
 230
 231         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 232         mtx_lock_spin(&sc->sc_lock);
 233 }
 234
 235 /*
 236  * Look up the sleep queue associated with a given wait channel in the hash
 237  * table locking the associated sleep queue chain.  If no queue is found in
 238  * the table, NULL is returned.
 239  */
 240 struct sleepqueue *
 241 sleepq_lookup(void *wchan)
 242 {
 243         struct sleepqueue_chain *sc;
 244         struct sleepqueue *sq;
 245
 246         KASSERT(wchan != NULL, ("%s: invalid NULL wait channel", __func__));
 247         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 248         mtx_assert(&sc->sc_lock, MA_OWNED);
 249         LIST_FOREACH(sq, &sc->sc_queues, sq_hash)
 250                 if (sq->sq_wchan == wchan)
 251                         return (sq);
 252         return (NULL);
 253 }
 254
 255 /*
 256  * Unlock the sleep queue chain associated with a given wait channel.
 257  */
 258 void
 259 sleepq_release(void *wchan)
 260 {
 261         struct sleepqueue_chain *sc;
 262
 263         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 264         mtx_unlock_spin(&sc->sc_lock);
 265 }
 266
 267 /*
 268  * Places the current thread on the sleep queue for the specified wait
 269  * channel.  If INVARIANTS is enabled, then it associates the passed in
 270  * lock with the sleepq to make sure it is held when that sleep queue is
 271  * woken up.
 272  */
 273 void
 274 sleepq_add(void *wchan, struct lock_object *lock, const char *wmesg, int flags,
 275     int queue)
 276 {
 277         struct sleepqueue_chain *sc;
 278         struct sleepqueue *sq;
 279         struct thread *td;
 280
 281         td = curthread;
 282         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 283         mtx_assert(&sc->sc_lock, MA_OWNED);
 284         MPASS(td->td_sleepqueue != NULL);
 285         MPASS(wchan != NULL);
 286         MPASS((queue >= 0) && (queue < NR_SLEEPQS));
 287
 288         /* If this thread is not allowed to sleep, die a horrible death. */
 289         KASSERT(!(td->td_pflags & TDP_NOSLEEPING),
 290             ("Trying sleep, but thread marked as sleeping prohibited"));
 291
 292         /* Look up the sleep queue associated with the wait channel 'wchan'. */
 293         sq = sleepq_lookup(wchan);
 294
 295         /*
 296          * If the wait channel does not already have a sleep queue, use
 297          * this thread's sleep queue.  Otherwise, insert the current thread
 298          * into the sleep queue already in use by this wait channel.
 299          */
 300         if (sq == NULL) {
 301 #ifdef INVARIANTS
 302                 int i;
 303
 304                 sq = td->td_sleepqueue;
 305                 for (i = 0; i < NR_SLEEPQS; i++)
 306                         KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sq->sq_blocked[i]),
 307                                 ("thread's sleep queue %d is not empty", i));
 308                 KASSERT(LIST_EMPTY(&sq->sq_free),
 309                     ("thread's sleep queue has a non-empty free list"));
 310                 KASSERT(sq->sq_wchan == NULL, ("stale sq_wchan pointer"));
 311                 sq->sq_lock = lock;
 312                 sq->sq_type = flags & SLEEPQ_TYPE;
 313 #endif
 314 #ifdef SLEEPQUEUE_PROFILING
 315                 sc->sc_depth++;
 316                 if (sc->sc_depth > sc->sc_max_depth) {
 317                         sc->sc_max_depth = sc->sc_depth;
 318                         if (sc->sc_max_depth > sleepq_max_depth)
 319                                 sleepq_max_depth = sc->sc_max_depth;
 320                 }
 321 #endif
 322                 sq = td->td_sleepqueue;
 323                 LIST_INSERT_HEAD(&sc->sc_queues, sq, sq_hash);
 324                 sq->sq_wchan = wchan;
 325         } else {
 326                 MPASS(wchan == sq->sq_wchan);
 327                 MPASS(lock == sq->sq_lock);
 328                 MPASS((flags & SLEEPQ_TYPE) == sq->sq_type);
 329                 LIST_INSERT_HEAD(&sq->sq_free, td->td_sleepqueue, sq_hash);
 330         }
 331         TAILQ_INSERT_TAIL(&sq->sq_blocked[queue], td, td_slpq);
 332         td->td_sleepqueue = NULL;
 333         td->td_sqqueue = queue;
 334         td->td_wchan = wchan;
 335         td->td_wmesg = wmesg;
 336         if (flags & SLEEPQ_INTERRUPTIBLE) {
 337                 td->td_flags |= TDF_SINTR;
 338                 td->td_flags &= ~TDF_SLEEPABORT;
 339         }
 340 }
 341
 342 /*
 343  * Sets a timeout that will remove the current thread from the specified
 344  * sleep queue after timo ticks if the thread has not already been awakened.
 345  */
 346 void
 347 sleepq_set_timeout(void *wchan, int timo)
 348 {
 349         struct sleepqueue_chain *sc;
 350         struct thread *td;
 351
 352         td = curthread;
 353         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 354         mtx_assert(&sc->sc_lock, MA_OWNED);
 355         MPASS(TD_ON_SLEEPQ(td));
 356         MPASS(td->td_sleepqueue == NULL);
 357         MPASS(wchan != NULL);
 358         callout_reset(&td->td_slpcallout, timo, sleepq_timeout, td);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * Marks the pending sleep of the current thread as interruptible and
 363  * makes an initial check for pending signals before putting a thread
 364  * to sleep. Enters and exits with the thread lock held.  Thread lock
 365  * may have transitioned from the sleepq lock to a run lock.
 366  */
 367 static int
 368 sleepq_catch_signals(void *wchan)
 369 {
 370         struct sleepqueue_chain *sc;
 371         struct sleepqueue *sq;
 372         struct thread *td;
 373         struct proc *p;
 374         struct sigacts *ps;
 375         int sig, ret;
 376
 377         td = curthread;
 378         p = curproc;
 379         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 380         mtx_assert(&sc->sc_lock, MA_OWNED);
 381         MPASS(wchan != NULL);
 382         CTR3(KTR_PROC, "sleepq catching signals: thread %p (pid %ld, %s)",
 383                 (void *)td, (long)p->p_pid, p->p_comm);
 384
 385         mtx_unlock_spin(&sc->sc_lock);
 386
 387         /* See if there are any pending signals for this thread. */
 388         PROC_LOCK(p);
 389         ps = p->p_sigacts;
 390         mtx_lock(&ps->ps_mtx);
 391         sig = cursig(td);
 392         if (sig == 0) {
 393                 mtx_unlock(&ps->ps_mtx);
 394                 ret = thread_suspend_check(1);
 395                 MPASS(ret == 0 || ret == EINTR || ret == ERESTART);
 396         } else {
 397                 if (SIGISMEMBER(ps->ps_sigintr, sig))
 398                         ret = EINTR;
 399                 else
 400                         ret = ERESTART;
 401                 mtx_unlock(&ps->ps_mtx);
 402         }
 403         /*
 404          * Lock sleepq chain before unlocking proc
 405          * without this, we could lose a race.
 406          */
 407         mtx_lock_spin(&sc->sc_lock);
 408         PROC_UNLOCK(p);
 409         thread_lock(td);
 410         if (ret == 0) {
 411                 if (!(td->td_flags & TDF_INTERRUPT)) {
 412                         sleepq_switch(wchan);
 413                         return (0);
 414                 }
 415                 /* KSE threads tried unblocking us. */
 416                 ret = td->td_intrval;
 417                 MPASS(ret == EINTR || ret == ERESTART || ret == EWOULDBLOCK);
 418         }
 419         /*
 420          * There were pending signals and this thread is still
 421          * on the sleep queue, remove it from the sleep queue.
 422          */
 423         if (TD_ON_SLEEPQ(td)) {
 424                 sq = sleepq_lookup(wchan);
 425                 sleepq_resume_thread(sq, td, -1);
 426         }
 427         mtx_unlock_spin(&sc->sc_lock);
 428         MPASS(td->td_lock != &sc->sc_lock);
 429         return (ret);
 430 }
 431
 432 /*
 433  * Switches to another thread if we are still asleep on a sleep queue.
 434  * Returns with thread lock.
 435  */
 436 static void
 437 sleepq_switch(void *wchan)
 438 {
 439         struct sleepqueue_chain *sc;
 440         struct thread *td;
 441
 442         td = curthread;
 443         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 444         mtx_assert(&sc->sc_lock, MA_OWNED);
 445         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 446         /* We were removed */
 447         if (td->td_sleepqueue != NULL) {
 448                 mtx_unlock_spin(&sc->sc_lock);
 449                 return;
 450         }
 451         thread_lock_set(td, &sc->sc_lock);
 452
 453         MPASS(td->td_sleepqueue == NULL);
 454         sched_sleep(td);
 455         TD_SET_SLEEPING(td);
 456         SCHED_STAT_INC(switch_sleepq);
 457         mi_switch(SW_VOL, NULL);
 458         KASSERT(TD_IS_RUNNING(td), ("running but not TDS_RUNNING"));
 459         CTR3(KTR_PROC, "sleepq resume: thread %p (pid %ld, %s)",
 460             (void *)td, (long)td->td_proc->p_pid, (void *)td->td_proc->p_comm);
 461 }
 462
 463 /*
 464  * Check to see if we timed out.
 465  */
 466 static int
 467 sleepq_check_timeout(void)
 468 {
 469         struct thread *td;
 470
 471         td = curthread;
 472         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 473
 474         /*
 475          * If TDF_TIMEOUT is set, we timed out.
 476          */
 477         if (td->td_flags & TDF_TIMEOUT) {
 478                 td->td_flags &= ~TDF_TIMEOUT;
 479                 return (EWOULDBLOCK);
 480         }
 481
 482         /*
 483          * If TDF_TIMOFAIL is set, the timeout ran after we had
 484          * already been woken up.
 485          */
 486         if (td->td_flags & TDF_TIMOFAIL)
 487                 td->td_flags &= ~TDF_TIMOFAIL;
 488
 489         /*
 490          * If callout_stop() fails, then the timeout is running on
 491          * another CPU, so synchronize with it to avoid having it
 492          * accidentally wake up a subsequent sleep.
 493          */
 494         else if (callout_stop(&td->td_slpcallout) == 0) {
 495                 td->td_flags |= TDF_TIMEOUT;
 496                 TD_SET_SLEEPING(td);
 497                 SCHED_STAT_INC(switch_sleepqtimo);
 498                 mi_switch(SW_INVOL, NULL);
 499         }
 500         return (0);
 501 }
 502
 503 /*
 504  * Check to see if we were awoken by a signal.
 505  */
 506 static int
 507 sleepq_check_signals(void)
 508 {
 509         struct thread *td;
 510
 511         td = curthread;
 512         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 513
 514         /* We are no longer in an interruptible sleep. */
 515         if (td->td_flags & TDF_SINTR)
 516                 td->td_flags &= ~TDF_SINTR;
 517
 518         if (td->td_flags & TDF_SLEEPABORT) {
 519                 td->td_flags &= ~TDF_SLEEPABORT;
 520                 return (td->td_intrval);
 521         }
 522
 523         if (td->td_flags & TDF_INTERRUPT)
 524                 return (td->td_intrval);
 525
 526         return (0);
 527 }
 528
 529 /*
 530  * Block the current thread until it is awakened from its sleep queue.
 531  */
 532 void
 533 sleepq_wait(void *wchan)
 534 {
 535         struct thread *td;
 536
 537         td = curthread;
 538         MPASS(!(td->td_flags & TDF_SINTR));
 539         thread_lock(td);
 540         sleepq_switch(wchan);
 541         thread_unlock(td);
 542 }
 543
 544 /*
 545  * Block the current thread until it is awakened from its sleep queue
 546  * or it is interrupted by a signal.
 547  */
 548 int
 549 sleepq_wait_sig(void *wchan)
 550 {
 551         int rcatch;
 552         int rval;
 553
 554         rcatch = sleepq_catch_signals(wchan);
 555         rval = sleepq_check_signals();
 556         thread_unlock(curthread);
 557         if (rcatch)
 558                 return (rcatch);
 559         return (rval);
 560 }
 561
 562 /*
 563  * Block the current thread until it is awakened from its sleep queue
 564  * or it times out while waiting.
 565  */
 566 int
 567 sleepq_timedwait(void *wchan)
 568 {
 569         struct thread *td;
 570         int rval;
 571
 572         td = curthread;
 573         MPASS(!(td->td_flags & TDF_SINTR));
 574         thread_lock(td);
 575         sleepq_switch(wchan);
 576         rval = sleepq_check_timeout();
 577         thread_unlock(td);
 578
 579         return (rval);
 580 }
 581
 582 /*
 583  * Block the current thread until it is awakened from its sleep queue,
 584  * it is interrupted by a signal, or it times out waiting to be awakened.
 585  */
 586 int
 587 sleepq_timedwait_sig(void *wchan)
 588 {
 589         int rcatch, rvalt, rvals;
 590
 591         rcatch = sleepq_catch_signals(wchan);
 592         rvalt = sleepq_check_timeout();
 593         rvals = sleepq_check_signals();
 594         thread_unlock(curthread);
 595         if (rcatch)
 596                 return (rcatch);
 597         if (rvals)
 598                 return (rvals);
 599         return (rvalt);
 600 }
 601
 602 /*
 603  * Removes a thread from a sleep queue and makes it
 604  * runnable.
 605  */
 606 static void
 607 sleepq_resume_thread(struct sleepqueue *sq, struct thread *td, int pri)
 608 {
 609         struct sleepqueue_chain *sc;
 610
 611         MPASS(td != NULL);
 612         MPASS(sq->sq_wchan != NULL);
 613         MPASS(td->td_wchan == sq->sq_wchan);
 614         MPASS(td->td_sqqueue < NR_SLEEPQS && td->td_sqqueue >= 0);
 615         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 616         sc = SC_LOOKUP(sq->sq_wchan);
 617         mtx_assert(&sc->sc_lock, MA_OWNED);
 618
 619         /* Remove the thread from the queue. */
 620         TAILQ_REMOVE(&sq->sq_blocked[td->td_sqqueue], td, td_slpq);
 621
 622         /*
 623          * Get a sleep queue for this thread.  If this is the last waiter,
 624          * use the queue itself and take it out of the chain, otherwise,
 625          * remove a queue from the free list.
 626          */
 627         if (LIST_EMPTY(&sq->sq_free)) {
 628                 td->td_sleepqueue = sq;
 629 #ifdef INVARIANTS
 630                 sq->sq_wchan = NULL;
 631 #endif
 632 #ifdef SLEEPQUEUE_PROFILING
 633                 sc->sc_depth--;
 634 #endif
 635         } else
 636                 td->td_sleepqueue = LIST_FIRST(&sq->sq_free);
 637         LIST_REMOVE(td->td_sleepqueue, sq_hash);
 638
 639         td->td_wmesg = NULL;
 640         td->td_wchan = NULL;
 641         td->td_flags &= ~TDF_SINTR;
 642
 643         /*
 644          * Note that thread td might not be sleeping if it is running
 645          * sleepq_catch_signals() on another CPU or is blocked on
 646          * its proc lock to check signals.  It doesn't hurt to clear
 647          * the sleeping flag if it isn't set though, so we just always
 648          * do it.  However, we can't assert that it is set.
 649          */
 650         CTR3(KTR_PROC, "sleepq_wakeup: thread %p (pid %ld, %s)",
 651             (void *)td, (long)td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm);
 652         TD_CLR_SLEEPING(td);
 653
 654         /* Adjust priority if requested. */
 655         MPASS(pri == -1 || (pri >= PRI_MIN && pri <= PRI_MAX));
 656         if (pri != -1 && td->td_priority > pri)
 657                 sched_prio(td, pri);
 658         setrunnable(td);
 659 }
 660
 661 #ifdef INVARIANTS
 662 /*
 663  * UMA zone item deallocator.
 664  */
 665 static void
 666 sleepq_dtor(void *mem, int size, void *arg)
 667 {
 668         struct sleepqueue *sq;
 669         int i;
 670
 671         sq = mem;
 672         for (i = 0; i < NR_SLEEPQS; i++)
 673                 MPASS(TAILQ_EMPTY(&sq->sq_blocked[i]));
 674 }
 675 #endif
 676
 677 /*
 678  * UMA zone item initializer.
 679  */
 680 static int
 681 sleepq_init(void *mem, int size, int flags)
 682 {
 683         struct sleepqueue *sq;
 684         int i;
 685
 686         bzero(mem, size);
 687         sq = mem;
 688         for (i = 0; i < NR_SLEEPQS; i++)
 689                 TAILQ_INIT(&sq->sq_blocked[i]);
 690         LIST_INIT(&sq->sq_free);
 691         return (0);
 692 }
 693
 694 /*
 695  * Find the highest priority thread sleeping on a wait channel and resume it.
 696  */
 697 void
 698 sleepq_signal(void *wchan, int flags, int pri, int queue)
 699 {
 700         struct sleepqueue *sq;
 701         struct thread *td, *besttd;
 702
 703         CTR2(KTR_PROC, "sleepq_signal(%p, %d)", wchan, flags);
 704         KASSERT(wchan != NULL, ("%s: invalid NULL wait channel", __func__));
 705         MPASS((queue >= 0) && (queue < NR_SLEEPQS));
 706         sq = sleepq_lookup(wchan);
 707         if (sq == NULL)
 708                 return;
 709         KASSERT(sq->sq_type == (flags & SLEEPQ_TYPE),
 710             ("%s: mismatch between sleep/wakeup and cv_*", __func__));
 711
 712         /*
 713          * Find the highest priority thread on the queue.  If there is a
 714          * tie, use the thread that first appears in the queue as it has
 715          * been sleeping the longest since threads are always added to
 716          * the tail of sleep queues.
 717          */
 718         besttd = NULL;
 719         TAILQ_FOREACH(td, &sq->sq_blocked[queue], td_slpq) {
 720                 if (besttd == NULL || td->td_priority < besttd->td_priority)
 721                         besttd = td;
 722         }
 723         MPASS(besttd != NULL);
 724         thread_lock(besttd);
 725         sleepq_resume_thread(sq, besttd, pri);
 726         thread_unlock(besttd);
 727 }
 728
 729 /*
 730  * Resume all threads sleeping on a specified wait channel.
 731  */
 732 void
 733 sleepq_broadcast(void *wchan, int flags, int pri, int queue)
 734 {
 735         struct sleepqueue *sq;
 736         struct thread *td;
 737
 738         CTR2(KTR_PROC, "sleepq_broadcast(%p, %d)", wchan, flags);
 739         KASSERT(wchan != NULL, ("%s: invalid NULL wait channel", __func__));
 740         MPASS((queue >= 0) && (queue < NR_SLEEPQS));
 741         sq = sleepq_lookup(wchan);
 742         if (sq == NULL) {
 743                 sleepq_release(wchan);
 744                 return;
 745         }
 746         KASSERT(sq->sq_type == (flags & SLEEPQ_TYPE),
 747             ("%s: mismatch between sleep/wakeup and cv_*", __func__));
 748
 749         /* Resume all blocked threads on the sleep queue. */
 750         while (!TAILQ_EMPTY(&sq->sq_blocked[queue])) {
 751                 td = TAILQ_FIRST(&sq->sq_blocked[queue]);
 752                 thread_lock(td);
 753                 sleepq_resume_thread(sq, td, pri);
 754                 thread_unlock(td);
 755         }
 756         sleepq_release(wchan);
 757 }
 758
 759 /*
 760  * Time sleeping threads out.  When the timeout expires, the thread is
 761  * removed from the sleep queue and made runnable if it is still asleep.
 762  */
 763 static void
 764 sleepq_timeout(void *arg)
 765 {
 766         struct sleepqueue_chain *sc;
 767         struct sleepqueue *sq;
 768         struct thread *td;
 769         void *wchan;
 770
 771         td = arg;
 772         CTR3(KTR_PROC, "sleepq_timeout: thread %p (pid %ld, %s)",
 773             (void *)td, (long)td->td_proc->p_pid, (void *)td->td_proc->p_comm);
 774
 775         /*
 776          * First, see if the thread is asleep and get the wait channel if
 777          * it is.
 778          */
 779         thread_lock(td);
 780         if (TD_IS_SLEEPING(td) && TD_ON_SLEEPQ(td)) {
 781                 wchan = td->td_wchan;
 782                 sc = SC_LOOKUP(wchan);
 783                 MPASS(td->td_lock == &sc->sc_lock);
 784                 sq = sleepq_lookup(wchan);
 785                 MPASS(sq != NULL);
 786                 td->td_flags |= TDF_TIMEOUT;
 787                 sleepq_resume_thread(sq, td, -1);
 788                 thread_unlock(td);
 789                 return;
 790         }
 791         /*
 792          * If the thread is on the SLEEPQ but not sleeping and we have it
 793          * locked it must be in sleepq_catch_signals().  Let it know we've
 794          * timedout here so it can remove itself.
 795          */
 796         if (TD_ON_SLEEPQ(td)) {
 797                 td->td_flags |= TDF_TIMEOUT | TDF_INTERRUPT;
 798                 td->td_intrval = EWOULDBLOCK;
 799                 thread_unlock(td);
 800                 return;
 801         }
 802
 803         /*
 804          * Now check for the edge cases.  First, if TDF_TIMEOUT is set,
 805          * then the other thread has already yielded to us, so clear
 806          * the flag and resume it.  If TDF_TIMEOUT is not set, then the
 807          * we know that the other thread is not on a sleep queue, but it
 808          * hasn't resumed execution yet.  In that case, set TDF_TIMOFAIL
 809          * to let it know that the timeout has already run and doesn't
 810          * need to be canceled.
 811          */
 812         if (td->td_flags & TDF_TIMEOUT) {
 813                 MPASS(TD_IS_SLEEPING(td));
 814                 td->td_flags &= ~TDF_TIMEOUT;
 815                 TD_CLR_SLEEPING(td);
 816                 setrunnable(td);
 817         } else
 818                 td->td_flags |= TDF_TIMOFAIL;
 819         thread_unlock(td);
 820 }
 821
 822 /*
 823  * Resumes a specific thread from the sleep queue associated with a specific
 824  * wait channel if it is on that queue.
 825  */
 826 void
 827 sleepq_remove(struct thread *td, void *wchan)
 828 {
 829         struct sleepqueue *sq;
 830
 831         /*
 832          * Look up the sleep queue for this wait channel, then re-check
 833          * that the thread is asleep on that channel, if it is not, then
 834          * bail.
 835          */
 836         MPASS(wchan != NULL);
 837         sleepq_lock(wchan);
 838         sq = sleepq_lookup(wchan);
 839         /*
 840          * We can not lock the thread here as it may be sleeping on a
 841          * different sleepq.  However, holding the sleepq lock for this
 842          * wchan can guarantee that we do not miss a wakeup for this
 843          * channel.  The asserts below will catch any false positives.
 844          */
 845         if (!TD_ON_SLEEPQ(td) || td->td_wchan != wchan) {
 846                 sleepq_release(wchan);
 847                 return;
 848         }
 849         /* Thread is asleep on sleep queue sq, so wake it up. */
 850         thread_lock(td);
 851         MPASS(sq != NULL);
 852         MPASS(td->td_wchan == wchan);
 853         sleepq_resume_thread(sq, td, -1);
 854         thread_unlock(td);
 855         sleepq_release(wchan);
 856 }
 857
 858 /*
 859  * Abort a thread as if an interrupt had occurred.  Only abort
 860  * interruptible waits (unfortunately it isn't safe to abort others).
 861  */
 862 void
 863 sleepq_abort(struct thread *td, int intrval)
 864 {
 865         struct sleepqueue *sq;
 866         void *wchan;
 867
 868         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 869         MPASS(TD_ON_SLEEPQ(td));
 870         MPASS(td->td_flags & TDF_SINTR);
 871         MPASS(intrval == EINTR || intrval == ERESTART);
 872
 873         /*
 874          * If the TDF_TIMEOUT flag is set, just leave. A
 875          * timeout is scheduled anyhow.
 876          */
 877         if (td->td_flags & TDF_TIMEOUT)
 878                 return;
 879
 880         CTR3(KTR_PROC, "sleepq_abort: thread %p (pid %ld, %s)",
 881             (void *)td, (long)td->td_proc->p_pid, (void *)td->td_proc->p_comm);
 882         td->td_intrval = intrval;
 883         td->td_flags |= TDF_SLEEPABORT;
 884         /*
 885          * If the thread has not slept yet it will find the signal in
 886          * sleepq_catch_signals() and call sleepq_resume_thread.  Otherwise
 887          * we have to do it here.
 888          */
 889         if (!TD_IS_SLEEPING(td))
 890                 return;
 891         wchan = td->td_wchan;
 892         MPASS(wchan != NULL);
 893         sq = sleepq_lookup(wchan);
 894         MPASS(sq != NULL);
 895
 896         /* Thread is asleep on sleep queue sq, so wake it up. */
 897         sleepq_resume_thread(sq, td, -1);
 898 }
 899
 900 #ifdef DDB
 901 DB_SHOW_COMMAND(sleepq, db_show_sleepqueue)
 902 {
 903         struct sleepqueue_chain *sc;
 904         struct sleepqueue *sq;
 905 #ifdef INVARIANTS
 906         struct lock_object *lock;
 907 #endif
 908         struct thread *td;
 909         void *wchan;
 910         int i;
 911
 912         if (!have_addr)
 913                 return;
 914
 915         /*
 916          * First, see if there is an active sleep queue for the wait channel
 917          * indicated by the address.
 918          */
 919         wchan = (void *)addr;
 920         sc = SC_LOOKUP(wchan);
 921         LIST_FOREACH(sq, &sc->sc_queues, sq_hash)
 922                 if (sq->sq_wchan == wchan)
 923                         goto found;
 924
 925         /*
 926          * Second, see if there is an active sleep queue at the address
 927          * indicated.
 928          */
 929         for (i = 0; i < SC_TABLESIZE; i++)
 930                 LIST_FOREACH(sq, &sleepq_chains[i].sc_queues, sq_hash) {
 931                         if (sq == (struct sleepqueue *)addr)
 932                                 goto found;
 933                 }
 934
 935         db_printf("Unable to locate a sleep queue via %p\n", (void *)addr);
 936         return;
 937 found:
 938         db_printf("Wait channel: %p\n", sq->sq_wchan);
 939 #ifdef INVARIANTS
 940         db_printf("Queue type: %d\n", sq->sq_type);
 941         if (sq->sq_lock) {
 942                 lock = sq->sq_lock;
 943                 db_printf("Associated Interlock: %p - (%s) %s\n", lock,
 944                     LOCK_CLASS(lock)->lc_name, lock->lo_name);
 945         }
 946 #endif
 947         db_printf("Blocked threads:\n");
 948         for (i = 0; i < NR_SLEEPQS; i++) {
 949                 db_printf("\nQueue[%d]:\n", i);
 950                 if (TAILQ_EMPTY(&sq->sq_blocked[i]))
 951                         db_printf("\tempty\n");
 952                 else
 953                         TAILQ_FOREACH(td, &sq->sq_blocked[0],
 954                                       td_slpq) {
 955                                 db_printf("\t%p (tid %d, pid %d, \"%s\")\n", td,
 956                                           td->td_tid, td->td_proc->p_pid,
 957                                           td->td_name[i] != '\0' ? td->td_name :
 958                                           td->td_proc->p_comm);
 959                         }
 960         }
 961 }
 962
 963 /* Alias 'show sleepqueue' to 'show sleepq'. */
 964 DB_SET(sleepqueue, db_show_sleepqueue, db_show_cmd_set, 0, NULL);
 965 #endif