sys/sys/rwlock.h

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2006 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  * $FreeBSD$
  30  */
  31
  32 #ifndef _SYS_RWLOCK_H_
  33 #define _SYS_RWLOCK_H_
  34
  35 #include <sys/_lock.h>
  36 #include <sys/_rwlock.h>
  37
  38 #ifdef _KERNEL
  39 #include <sys/pcpu.h>
  40 #include <machine/atomic.h>
  41 #endif
  42
  43 /*
  44  * The rw_lock field consists of several fields.  The low bit indicates
  45  * if the lock is locked with a read (shared) or write (exclusive) lock.
  46  * A value of 0 indicates a write lock, and a value of 1 indicates a read
  47  * lock.  Bit 1 is a boolean indicating if there are any threads waiting
  48  * for a read lock.  Bit 2 is a boolean indicating if there are any threads
  49  * waiting for a write lock.  The rest of the variable's definition is
  50  * dependent on the value of the first bit.  For a write lock, it is a
  51  * pointer to the thread holding the lock, similar to the mtx_lock field of
  52  * mutexes.  For read locks, it is a count of read locks that are held.
  53  *
  54  * When the lock is not locked by any thread, it is encoded as a read lock
  55  * with zero waiters.
  56  *
  57  * A note about memory barriers.  Write locks need to use the same memory
  58  * barriers as mutexes: _acq when acquiring a write lock and _rel when
  59  * releasing a write lock.  Read locks also need to use an _acq barrier when
  60  * acquiring a read lock.  However, since read locks do not update any
  61  * locked data (modulo bugs of course), no memory barrier is needed when
  62  * releasing a read lock.
  63  */
  64
  65 #define RW_LOCK_READ            0x01
  66 #define RW_LOCK_READ_WAITERS    0x02
  67 #define RW_LOCK_WRITE_WAITERS   0x04
  68 #define RW_LOCK_FLAGMASK                                                \
  69         (RW_LOCK_READ | RW_LOCK_READ_WAITERS | RW_LOCK_WRITE_WAITERS)
  70
  71 #define RW_OWNER(x)             ((x) & ~RW_LOCK_FLAGMASK)
  72 #define RW_READERS_SHIFT        3
  73 #define RW_READERS(x)           (RW_OWNER((x)) >> RW_READERS_SHIFT)
  74 #define RW_READERS_LOCK(x)      ((x) << RW_READERS_SHIFT | RW_LOCK_READ)
  75 #define RW_ONE_READER           (1 << RW_READERS_SHIFT)
  76
  77 #define RW_UNLOCKED             RW_READERS_LOCK(0)
  78 #define RW_DESTROYED            (RW_LOCK_READ_WAITERS | RW_LOCK_WRITE_WAITERS)
  79
  80 #ifdef _KERNEL
  81
  82 /* Very simple operations on rw_lock. */
  83
  84 /* Try to obtain a write lock once. */
  85 #define _rw_write_lock(rw, tid)                                         \
  86         atomic_cmpset_acq_ptr(&(rw)->rw_lock, RW_UNLOCKED, (tid))
  87
  88 /* Release a write lock quickly if there are no waiters. */
  89 #define _rw_write_unlock(rw, tid)                                       \
  90         atomic_cmpset_rel_ptr(&(rw)->rw_lock, (tid), RW_UNLOCKED)
  91
  92 /*
  93  * Full lock operations that are suitable to be inlined in non-debug
  94  * kernels.  If the lock cannot be acquired or released trivially then
  95  * the work is deferred to another function.
  96  */
  97
  98 /* Acquire a write lock. */
  99 #define __rw_wlock(rw, tid, file, line) do {    \
 100         uintptr_t _tid = (uintptr_t)(tid);                              \
 101         int contested = 0;                                              \
 102         uint64_t waitstart = 0;                                         \
 103                                                                         \
 104         if (!_rw_write_lock((rw), _tid)) {                              \
 105                 lock_profile_obtain_lock_failed(&(rw)->lock_object,     \
 106                     &contested, &waitstart);                            \
 107                 _rw_wlock_hard((rw), _tid, (file), (line));             \
 108         }                                                               \
 109         lock_profile_obtain_lock_success(&(rw)->lock_object, contested, \
 110             waitstart, (file), (line));                                 \
 111 } while (0)
 112
 113 /* Release a write lock. */
 114 #define __rw_wunlock(rw, tid, file, line) do {                          \
 115         uintptr_t _tid = (uintptr_t)(tid);                              \
 116                                                                         \
 117         if (!_rw_write_unlock((rw), _tid))                              \
 118                 _rw_wunlock_hard((rw), _tid, (file), (line));           \
 119 } while (0)
 120
 121 /*
 122  * Function prototypes.  Routines that start with _ are not part of the
 123  * external API and should not be called directly.  Wrapper macros should
 124  * be used instead.
 125  */
 126
 127 void    rw_init(struct rwlock *rw, const char *name);
 128 void    rw_destroy(struct rwlock *rw);
 129 void    rw_sysinit(void *arg);
 130 int     rw_wowned(struct rwlock *rw);
 131 void    _rw_wlock(struct rwlock *rw, const char *file, int line);
 132 void    _rw_wunlock(struct rwlock *rw, const char *file, int line);
 133 void    _rw_rlock(struct rwlock *rw, const char *file, int line);
 134 void    _rw_runlock(struct rwlock *rw, const char *file, int line);
 135 void    _rw_wlock_hard(struct rwlock *rw, uintptr_t tid, const char *file,
 136             int line);
 137 void    _rw_wunlock_hard(struct rwlock *rw, uintptr_t tid, const char *file,
 138             int line);
 139 int     _rw_try_upgrade(struct rwlock *rw, const char *file, int line);
 140 void    _rw_downgrade(struct rwlock *rw, const char *file, int line);
 141 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
 142 void    _rw_assert(struct rwlock *rw, int what, const char *file, int line);
 143 #endif
 144
 145 /*
 146  * Public interface for lock operations.
 147  *
 148  * XXX: Missing try locks.
 149  */
 150
 151 #ifndef LOCK_DEBUG
 152 #error LOCK_DEBUG not defined, include <sys/lock.h> before <sys/rwlock.h>
 153 #endif
 154 #if LOCK_DEBUG > 0 || defined(RWLOCK_NOINLINE)
 155 #define rw_wlock(rw)            _rw_wlock((rw), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 156 #define rw_wunlock(rw)          _rw_wunlock((rw), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 157 #else
 158 #define rw_wlock(rw)                                                    \
 159         __rw_wlock((rw), curthread, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 160 #define rw_wunlock(rw)                                                  \
 161         __rw_wunlock((rw), curthread, LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 162 #endif
 163 #define rw_rlock(rw)            _rw_rlock((rw), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 164 #define rw_runlock(rw)          _rw_runlock((rw), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 165 #define rw_try_upgrade(rw)      _rw_try_upgrade((rw), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 166 #define rw_downgrade(rw)        _rw_downgrade((rw), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 167 #define rw_sleep(chan, rw, pri, wmesg, timo)                            \
 168         _sleep((chan), &(rw)->lock_object, (pri), (wmesg), (timo))
 169
 170 #define rw_initialized(rw)      lock_initalized(&(rw)->lock_object)
 171
 172 struct rw_args {
 173         struct rwlock   *ra_rw;
 174         const char      *ra_desc;
 175 };
 176
 177 #define RW_SYSINIT(name, rw, desc)                                      \
 178         static struct rw_args name##_args = {                           \
 179                 (rw),                                                   \
 180                 (desc),                                                 \
 181         };                                                              \
 182         SYSINIT(name##_rw_sysinit, SI_SUB_LOCK, SI_ORDER_MIDDLE,        \
 183             rw_sysinit, &name##_args);                                  \
 184         SYSUNINIT(name##_rw_sysuninit, SI_SUB_LOCK, SI_ORDER_MIDDLE,    \
 185             rw_destroy, (rw))
 186
 187 /*
 188  * The INVARIANTS-enabled rw_assert() functionality.
 189  *
 190  * The constants need to be defined for INVARIANT_SUPPORT infrastructure
 191  * support as _rw_assert() itself uses them and the latter implies that
 192  * _rw_assert() must build.
 193  */
 194 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
 195 #define RA_LOCKED               LA_LOCKED
 196 #define RA_RLOCKED              LA_SLOCKED
 197 #define RA_WLOCKED              LA_XLOCKED
 198 #define RA_UNLOCKED             LA_UNLOCKED
 199 #endif
 200
 201 #ifdef INVARIANTS
 202 #define rw_assert(rw, what)     _rw_assert((rw), (what), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 203 #else
 204 #define rw_assert(rw, what)
 205 #endif
 206
 207 #endif /* _KERNEL */
 208 #endif /* !_SYS_RWLOCK_H_ */