sys/sys/sx.h

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2007 Attilio Rao <attilio@freebsd.org>
   3  * Copyright (c) 2001 Jason Evans <jasone@freebsd.org>
   4  * 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(s), this list of conditions and the following disclaimer as
  11  *    the first lines of this file unmodified other than the possible
  12  *    addition of one or more copyright notices.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice(s), this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  *
  17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDER(S) ``AS IS'' AND ANY
  18  * EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED
  19  * WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
  20  * DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER(S) BE LIABLE FOR ANY
  21  * DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
  22  * (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
  23  * SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
  24  * 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 SUCH
  27  * DAMAGE.
  28  *
  29  * $FreeBSD$
  30  */
  31
  32 #ifndef _SYS_SX_H_
  33 #define _SYS_SX_H_
  34
  35 #include <sys/_lock.h>
  36 #include <sys/_sx.h>
  37
  38 #ifdef  _KERNEL
  39 #include <sys/pcpu.h>
  40 #include <sys/lock_profile.h>
  41 #include <sys/lockstat.h>
  42 #include <machine/atomic.h>
  43 #endif
  44
  45 /*
  46  * In general, the sx locks and rwlocks use very similar algorithms.
  47  * The main difference in the implementations is how threads are
  48  * blocked when a lock is unavailable.  For this, sx locks use sleep
  49  * queues which do not support priority propagation, and rwlocks use
  50  * turnstiles which do.
  51  *
  52  * The sx_lock field consists of several fields.  The low bit
  53  * indicates if the lock is locked with a shared or exclusive lock.  A
  54  * value of 0 indicates an exclusive lock, and a value of 1 indicates
  55  * a shared lock.  Bit 1 is a boolean indicating if there are any
  56  * threads waiting for a shared lock.  Bit 2 is a boolean indicating
  57  * if there are any threads waiting for an exclusive lock.  Bit 3 is a
  58  * boolean indicating if an exclusive lock is recursively held.  The
  59  * rest of the variable's definition is dependent on the value of the
  60  * first bit.  For an exclusive lock, it is a pointer to the thread
  61  * holding the lock, similar to the mtx_lock field of mutexes.  For
  62  * shared locks, it is a count of read locks that are held.
  63  *
  64  * When the lock is not locked by any thread, it is encoded as a
  65  * shared lock with zero waiters.
  66  */
  67
  68 #define SX_LOCK_SHARED                  0x01
  69 #define SX_LOCK_SHARED_WAITERS          0x02
  70 #define SX_LOCK_EXCLUSIVE_WAITERS       0x04
  71 #define SX_LOCK_RECURSED                0x08
  72 #define SX_LOCK_FLAGMASK                                                \
  73         (SX_LOCK_SHARED | SX_LOCK_SHARED_WAITERS |                      \
  74         SX_LOCK_EXCLUSIVE_WAITERS | SX_LOCK_RECURSED)
  75
  76 #define SX_OWNER(x)                     ((x) & ~SX_LOCK_FLAGMASK)
  77 #define SX_SHARERS_SHIFT                4
  78 #define SX_SHARERS(x)                   (SX_OWNER(x) >> SX_SHARERS_SHIFT)
  79 #define SX_SHARERS_LOCK(x)                                              \
  80         ((x) << SX_SHARERS_SHIFT | SX_LOCK_SHARED)
  81 #define SX_ONE_SHARER                   (1 << SX_SHARERS_SHIFT)
  82
  83 #define SX_LOCK_UNLOCKED                SX_SHARERS_LOCK(0)
  84 #define SX_LOCK_DESTROYED                                               \
  85         (SX_LOCK_SHARED_WAITERS | SX_LOCK_EXCLUSIVE_WAITERS)
  86
  87 #ifdef _KERNEL
  88
  89 #define sx_recurse      lock_object.lo_data
  90
  91 /*
  92  * Function prototipes.  Routines that start with an underscore are not part
  93  * of the public interface and are wrappered with a macro.
  94  */
  95 void    sx_sysinit(void *arg);
  96 #define sx_init(sx, desc)       sx_init_flags((sx), (desc), 0)
  97 void    sx_init_flags(struct sx *sx, const char *description, int opts);
  98 void    sx_destroy(struct sx *sx);
  99 int     sx_try_slock_(struct sx *sx, const char *file, int line);
 100 int     sx_try_xlock_(struct sx *sx, const char *file, int line);
 101 int     sx_try_upgrade_(struct sx *sx, const char *file, int line);
 102 void    sx_downgrade_(struct sx *sx, const char *file, int line);
 103 int     _sx_slock(struct sx *sx, int opts, const char *file, int line);
 104 int     _sx_xlock(struct sx *sx, int opts, const char *file, int line);
 105 void    _sx_sunlock(struct sx *sx, const char *file, int line);
 106 void    _sx_xunlock(struct sx *sx, const char *file, int line);
 107 int     _sx_xlock_hard(struct sx *sx, uintptr_t tid, int opts,
 108             const char *file, int line);
 109 int     _sx_slock_hard(struct sx *sx, int opts, const char *file, int line);
 110 void    _sx_xunlock_hard(struct sx *sx, uintptr_t tid, const char *file, int
 111             line);
 112 void    _sx_sunlock_hard(struct sx *sx, const char *file, int line);
 113 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
 114 void    _sx_assert(const struct sx *sx, int what, const char *file, int line);
 115 #endif
 116 #ifdef DDB
 117 int     sx_chain(struct thread *td, struct thread **ownerp);
 118 #endif
 119
 120 struct sx_args {
 121         struct sx       *sa_sx;
 122         const char      *sa_desc;
 123         int             sa_flags;
 124 };
 125
 126 #define SX_SYSINIT_FLAGS(name, sxa, desc, flags)                        \
 127         static struct sx_args name##_args = {                           \
 128                 (sxa),                                                  \
 129                 (desc),                                                 \
 130                 (flags)                                                 \
 131         };                                                              \
 132         SYSINIT(name##_sx_sysinit, SI_SUB_LOCK, SI_ORDER_MIDDLE,        \
 133             sx_sysinit, &name##_args);                                  \
 134         SYSUNINIT(name##_sx_sysuninit, SI_SUB_LOCK, SI_ORDER_MIDDLE,    \
 135             sx_destroy, (sxa))
 136
 137 #define SX_SYSINIT(name, sxa, desc)     SX_SYSINIT_FLAGS(name, sxa, desc, 0)
 138
 139 /*
 140  * Full lock operations that are suitable to be inlined in non-debug kernels.
 141  * If the lock can't be acquired or released trivially then the work is
 142  * deferred to 'tougher' functions.
 143  */
 144
 145 /* Acquire an exclusive lock. */
 146 static __inline int
 147 __sx_xlock(struct sx *sx, struct thread *td, int opts, const char *file,
 148     int line)
 149 {
 150         uintptr_t tid = (uintptr_t)td;
 151         int error = 0;
 152
 153         if (sx->sx_lock != SX_LOCK_UNLOCKED ||
 154             !atomic_cmpset_acq_ptr(&sx->sx_lock, SX_LOCK_UNLOCKED, tid))
 155                 error = _sx_xlock_hard(sx, tid, opts, file, line);
 156         else
 157                 LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_RWLOCK_SUCCESS(sx__acquire, sx,
 158                     0, 0, file, line, LOCKSTAT_WRITER);
 159
 160         return (error);
 161 }
 162
 163 /* Release an exclusive lock. */
 164 static __inline void
 165 __sx_xunlock(struct sx *sx, struct thread *td, const char *file, int line)
 166 {
 167         uintptr_t tid = (uintptr_t)td;
 168
 169         if (sx->sx_recurse == 0)
 170                 LOCKSTAT_PROFILE_RELEASE_RWLOCK(sx__release, sx,
 171                     LOCKSTAT_WRITER);
 172         if (sx->sx_lock != tid ||
 173             !atomic_cmpset_rel_ptr(&sx->sx_lock, tid, SX_LOCK_UNLOCKED))
 174                 _sx_xunlock_hard(sx, tid, file, line);
 175 }
 176
 177 /* Acquire a shared lock. */
 178 static __inline int
 179 __sx_slock(struct sx *sx, int opts, const char *file, int line)
 180 {
 181         uintptr_t x = sx->sx_lock;
 182         int error = 0;
 183
 184         if (!(x & SX_LOCK_SHARED) ||
 185             !atomic_cmpset_acq_ptr(&sx->sx_lock, x, x + SX_ONE_SHARER))
 186                 error = _sx_slock_hard(sx, opts, file, line);
 187         else
 188                 LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_RWLOCK_SUCCESS(sx__acquire, sx,
 189                     0, 0, file, line, LOCKSTAT_READER);
 190
 191         return (error);
 192 }
 193
 194 /*
 195  * Release a shared lock.  We can just drop a single shared lock so
 196  * long as we aren't trying to drop the last shared lock when other
 197  * threads are waiting for an exclusive lock.  This takes advantage of
 198  * the fact that an unlocked lock is encoded as a shared lock with a
 199  * count of 0.
 200  */
 201 static __inline void
 202 __sx_sunlock(struct sx *sx, const char *file, int line)
 203 {
 204         uintptr_t x = sx->sx_lock;
 205
 206         LOCKSTAT_PROFILE_RELEASE_RWLOCK(sx__release, sx, LOCKSTAT_READER);
 207         if (x == (SX_SHARERS_LOCK(1) | SX_LOCK_EXCLUSIVE_WAITERS) ||
 208             !atomic_cmpset_rel_ptr(&sx->sx_lock, x, x - SX_ONE_SHARER))
 209                 _sx_sunlock_hard(sx, file, line);
 210 }
 211
 212 /*
 213  * Public interface for lock operations.
 214  */
 215 #ifndef LOCK_DEBUG
 216 #error  "LOCK_DEBUG not defined, include <sys/lock.h> before <sys/sx.h>"
 217 #endif
 218 #if     (LOCK_DEBUG > 0) || defined(SX_NOINLINE)
 219 #define sx_xlock_(sx, file, line)                                       \
 220         (void)_sx_xlock((sx), 0, (file), (line))
 221 #define sx_xlock_sig_(sx, file, line)                                   \
 222         _sx_xlock((sx), SX_INTERRUPTIBLE, (file), (line))
 223 #define sx_xunlock_(sx, file, line)                                     \
 224         _sx_xunlock((sx), (file), (line))
 225 #define sx_slock_(sx, file, line)                                       \
 226         (void)_sx_slock((sx), 0, (file), (line))
 227 #define sx_slock_sig_(sx, file, line)                                   \
 228         _sx_slock((sx), SX_INTERRUPTIBLE, (file) , (line))
 229 #define sx_sunlock_(sx, file, line)                                     \
 230         _sx_sunlock((sx), (file), (line))
 231 #else
 232 #define sx_xlock_(sx, file, line)                                       \
 233         (void)__sx_xlock((sx), curthread, 0, (file), (line))
 234 #define sx_xlock_sig_(sx, file, line)                                   \
 235         __sx_xlock((sx), curthread, SX_INTERRUPTIBLE, (file), (line))
 236 #define sx_xunlock_(sx, file, line)                                     \
 237         __sx_xunlock((sx), curthread, (file), (line))
 238 #define sx_slock_(sx, file, line)                                       \
 239         (void)__sx_slock((sx), 0, (file), (line))
 240 #define sx_slock_sig_(sx, file, line)                                   \
 241         __sx_slock((sx), SX_INTERRUPTIBLE, (file), (line))
 242 #define sx_sunlock_(sx, file, line)                                     \
 243         __sx_sunlock((sx), (file), (line))
 244 #endif  /* LOCK_DEBUG > 0 || SX_NOINLINE */
 245 #define sx_try_slock(sx)        sx_try_slock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 246 #define sx_try_xlock(sx)        sx_try_xlock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 247 #define sx_try_upgrade(sx)      sx_try_upgrade_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 248 #define sx_downgrade(sx)        sx_downgrade_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 249 #ifdef INVARIANTS
 250 #define sx_assert_(sx, what, file, line)                                \
 251         _sx_assert((sx), (what), (file), (line))
 252 #else
 253 #define sx_assert_(sx, what, file, line)        (void)0
 254 #endif
 255
 256 #define sx_xlock(sx)            sx_xlock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 257 #define sx_xlock_sig(sx)        sx_xlock_sig_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 258 #define sx_xunlock(sx)          sx_xunlock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 259 #define sx_slock(sx)            sx_slock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 260 #define sx_slock_sig(sx)        sx_slock_sig_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 261 #define sx_sunlock(sx)          sx_sunlock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 262 #define sx_assert(sx, what)     sx_assert_((sx), (what), __FILE__, __LINE__)
 263
 264 /*
 265  * Return a pointer to the owning thread if the lock is exclusively
 266  * locked.
 267  */
 268 #define sx_xholder(sx)                                                  \
 269         ((sx)->sx_lock & SX_LOCK_SHARED ? NULL :                        \
 270         (struct thread *)SX_OWNER((sx)->sx_lock))
 271
 272 #define sx_xlocked(sx)                                                  \
 273         (((sx)->sx_lock & ~(SX_LOCK_FLAGMASK & ~SX_LOCK_SHARED)) ==     \
 274             (uintptr_t)curthread)
 275
 276 #define sx_unlock_(sx, file, line) do {                                 \
 277         if (sx_xlocked(sx))                                             \
 278                 sx_xunlock_(sx, file, line);                            \
 279         else                                                            \
 280                 sx_sunlock_(sx, file, line);                            \
 281 } while (0)
 282
 283 #define sx_unlock(sx)   sx_unlock_((sx), LOCK_FILE, LOCK_LINE)
 284
 285 #define sx_sleep(chan, sx, pri, wmesg, timo)                            \
 286         _sleep((chan), &(sx)->lock_object, (pri), (wmesg),              \
 287             tick_sbt * (timo), 0,  C_HARDCLOCK)
 288
 289 /*
 290  * Options passed to sx_init_flags().
 291  */
 292 #define SX_DUPOK                0x01
 293 #define SX_NOPROFILE            0x02
 294 #define SX_NOWITNESS            0x04
 295 #define SX_QUIET                0x08
 296 #define SX_NOADAPTIVE           0x10
 297 #define SX_RECURSE              0x20
 298 #define SX_NEW                  0x40
 299
 300 /*
 301  * Options passed to sx_*lock_hard().
 302  */
 303 #define SX_INTERRUPTIBLE        0x40
 304
 305 #if defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT)
 306 #define SA_LOCKED               LA_LOCKED
 307 #define SA_SLOCKED              LA_SLOCKED
 308 #define SA_XLOCKED              LA_XLOCKED
 309 #define SA_UNLOCKED             LA_UNLOCKED
 310 #define SA_RECURSED             LA_RECURSED
 311 #define SA_NOTRECURSED          LA_NOTRECURSED
 312
 313 /* Backwards compatibility. */
 314 #define SX_LOCKED               LA_LOCKED
 315 #define SX_SLOCKED              LA_SLOCKED
 316 #define SX_XLOCKED              LA_XLOCKED
 317 #define SX_UNLOCKED             LA_UNLOCKED
 318 #define SX_RECURSED             LA_RECURSED
 319 #define SX_NOTRECURSED          LA_NOTRECURSED
 320 #endif
 321
 322 #endif /* _KERNEL */
 323
 324 #endif /* !_SYS_SX_H_ */