]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.2.git/blob - share/man/man9/mutex.9
- Copy stable/10@285827 to releng/10.2 in preparation for 10.2-RC1
[FreeBSD/releng/10.2.git] / share / man / man9 / mutex.9
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.4,v 1.1.2.3 1998/04/27 22:53:13 ewv Exp $
29 .\" $FreeBSD$
30 .\"
31 .Dd November 16, 2011
32 .Dt MUTEX 9
33 .Os
34 .Sh NAME
35 .Nm mutex ,
36 .Nm mtx_init ,
37 .Nm mtx_destroy ,
38 .Nm mtx_lock ,
39 .Nm mtx_lock_spin ,
40 .Nm mtx_lock_flags ,
41 .Nm mtx_lock_spin_flags ,
42 .Nm mtx_trylock ,
43 .Nm mtx_trylock_flags ,
44 .Nm mtx_unlock ,
45 .Nm mtx_unlock_spin ,
46 .Nm mtx_unlock_flags ,
47 .Nm mtx_unlock_spin_flags ,
48 .Nm mtx_sleep ,
49 .Nm mtx_initialized ,
50 .Nm mtx_owned ,
51 .Nm mtx_recursed ,
52 .Nm mtx_assert ,
53 .Nm MTX_SYSINIT
54 .Nd kernel synchronization primitives
55 .Sh SYNOPSIS
56 .In sys/param.h
57 .In sys/lock.h
58 .In sys/mutex.h
59 .Ft void
60 .Fn mtx_init "struct mtx *mutex" "const char *name" "const char *type" "int opts"
61 .Ft void
62 .Fn mtx_destroy "struct mtx *mutex"
63 .Ft void
64 .Fn mtx_lock "struct mtx *mutex"
65 .Ft void
66 .Fn mtx_lock_spin "struct mtx *mutex"
67 .Ft void
68 .Fn mtx_lock_flags "struct mtx *mutex" "int flags"
69 .Ft void
70 .Fn mtx_lock_spin_flags "struct mtx *mutex" "int flags"
71 .Ft int
72 .Fn mtx_trylock "struct mtx *mutex"
73 .Ft int
74 .Fn mtx_trylock_flags "struct mtx *mutex" "int flags"
75 .Ft void
76 .Fn mtx_unlock "struct mtx *mutex"
77 .Ft void
78 .Fn mtx_unlock_spin "struct mtx *mutex"
79 .Ft void
80 .Fn mtx_unlock_flags "struct mtx *mutex" "int flags"
81 .Ft void
82 .Fn mtx_unlock_spin_flags "struct mtx *mutex" "int flags"
83 .Ft int
84 .Fn mtx_sleep "void *chan" "struct mtx *mtx" "int priority" "const char *wmesg" "int timo"
85 .Ft int
86 .Fn mtx_initialized "const struct mtx *mutex"
87 .Ft int
88 .Fn mtx_owned "const struct mtx *mutex"
89 .Ft int
90 .Fn mtx_recursed "const struct mtx *mutex"
91 .Pp
92 .Cd "options INVARIANTS"
93 .Cd "options INVARIANT_SUPPORT"
94 .Ft void
95 .Fn mtx_assert "const struct mtx *mutex" "int what"
96 .In sys/kernel.h
97 .Fn MTX_SYSINIT "name" "struct mtx *mtx" "const char *description" "int opts"
98 .Sh DESCRIPTION
99 Mutexes are the most basic and primary method of thread synchronization.
100 The major design considerations for mutexes are:
101 .Bl -enum
102 .It
103 Acquiring and releasing uncontested mutexes should be as cheap
104 as possible.
105 .It
106 They must have the information and storage space to support
107 priority propagation.
108 .It
109 A thread must be able to recursively acquire a mutex,
110 provided that the mutex is initialized to support recursion.
111 .El
112 .Pp
113 There are currently two flavors of mutexes, those that context switch
114 when they block and those that do not.
115 .Pp
116 By default,
117 .Dv MTX_DEF
118 mutexes will context switch when they are already held.
119 As an optimization,
120 they may spin for some amount
121 of time before context switching.
122 It is important to remember that since a thread may be preempted at any time,
123 the possible context switch introduced by acquiring a mutex is guaranteed
124 to not break anything that is not already broken.
125 .Pp
126 Mutexes which do not context switch are
127 .Dv MTX_SPIN
128 mutexes.
129 These should only be used to protect data shared with primary interrupt
130 code.
131 This includes interrupt filters and low level scheduling code.
132 In all architectures both acquiring and releasing of a
133 uncontested spin mutex is more expensive than the same operation
134 on a non-spin mutex.
135 In order to protect an interrupt service routine from blocking
136 against itself all interrupts are either blocked or deferred on a processor
137 while holding a spin lock.
138 It is permissible to hold multiple spin mutexes.
139 .Pp
140 Once a spin mutex has been acquired it is not permissible to acquire a
141 blocking mutex.
142 .Pp
143 The storage needed to implement a mutex is provided by a
144 .Vt struct mtx .
145 In general this should be treated as an opaque object and
146 referenced only with the mutex primitives.
147 .Pp
148 The
149 .Fn mtx_init
150 function must be used to initialize a mutex
151 before it can be passed to any of the other mutex functions.
152 The
153 .Fa name
154 option is used to identify the lock in debugging output etc.
155 The
156 .Fa type
157 option is used by the witness code to classify a mutex when doing checks
158 of lock ordering.
159 If
160 .Fa type
161 is
162 .Dv NULL ,
163 .Fa name
164 is used in its place.
165 The pointer passed in as
166 .Fa name
167 and
168 .Fa type
169 is saved rather than the data it points to.
170 The data pointed to must remain stable
171 until the mutex is destroyed.
172 The
173 .Fa opts
174 argument is used to set the type of mutex.
175 It may contain either
176 .Dv MTX_DEF
177 or
178 .Dv MTX_SPIN
179 but not both.
180 See below for additional initialization options.
181 It is not permissible to pass the same
182 .Fa mutex
183 to
184 .Fn mtx_init
185 multiple times without intervening calls to
186 .Fn mtx_destroy .
187 .Pp
188 The
189 .Fn mtx_lock
190 function acquires a
191 .Dv MTX_DEF
192 mutual exclusion lock
193 on behalf of the currently running kernel thread.
194 If another kernel thread is holding the mutex,
195 the caller will be disconnected from the CPU
196 until the mutex is available
197 (i.e., it will block).
198 .Pp
199 The
200 .Fn mtx_lock_spin
201 function acquires a
202 .Dv MTX_SPIN
203 mutual exclusion lock
204 on behalf of the currently running kernel thread.
205 If another kernel thread is holding the mutex,
206 the caller will spin until the mutex becomes available.
207 Interrupts are disabled during the spin and remain disabled
208 following the acquiring of the lock.
209 .Pp
210 It is possible for the same thread to recursively acquire a mutex
211 with no ill effects, provided that the
212 .Dv MTX_RECURSE
213 bit was passed to
214 .Fn mtx_init
215 during the initialization of the mutex.
216 .Pp
217 The
218 .Fn mtx_lock_flags
219 and
220 .Fn mtx_lock_spin_flags
221 functions acquire a
222 .Dv MTX_DEF
223 or
224 .Dv MTX_SPIN
225 lock, respectively, and also accept a
226 .Fa flags
227 argument.
228 In both cases, the only flags presently available for lock acquires are
229 .Dv MTX_QUIET
230 and
231 .Dv MTX_RECURSE .
232 If the
233 .Dv MTX_QUIET
234 bit is turned on in the
235 .Fa flags
236 argument, then if
237 .Dv KTR_LOCK
238 tracing is being done,
239 it will be silenced during the lock acquire.
240 If the
241 .Dv MTX_RECURSE
242 bit is turned on in the
243 .Fa flags
244 argument, then the mutex can be acquired recursively.
245 .Pp
246 The
247 .Fn mtx_trylock
248 attempts to acquire the
249 .Dv MTX_DEF
250 mutex pointed to by
251 .Fa mutex .
252 If the mutex cannot be immediately acquired
253 .Fn mtx_trylock
254 will return 0,
255 otherwise the mutex will be acquired
256 and a non-zero value will be returned.
257 .Pp
258 The
259 .Fn mtx_trylock_flags
260 function has the same behavior as
261 .Fn mtx_trylock
262 but should be used when the caller desires to pass in a
263 .Fa flags
264 value.
265 Presently, the only valid value in the
266 .Fn mtx_trylock
267 case is
268 .Dv MTX_QUIET ,
269 and its effects are identical to those described for
270 .Fn mtx_lock
271 above.
272 .Pp
273 The
274 .Fn mtx_unlock
275 function releases a
276 .Dv MTX_DEF
277 mutual exclusion lock.
278 The current thread may be preempted if a higher priority thread is waiting
279 for the mutex.
280 .Pp
281 The
282 .Fn mtx_unlock_spin
283 function releases a
284 .Dv MTX_SPIN
285 mutual exclusion lock.
286 .Pp
287 The
288 .Fn mtx_unlock_flags
289 and
290 .Fn mtx_unlock_spin_flags
291 functions behave in exactly the same way as do the standard mutex
292 unlock routines above, while also allowing a
293 .Fa flags
294 argument which may specify
295 .Dv MTX_QUIET .
296 The behavior of
297 .Dv MTX_QUIET
298 is identical to its behavior in the mutex lock routines.
299 .Pp
300 The
301 .Fn mtx_destroy
302 function is used to destroy
303 .Fa mutex
304 so the data associated with it may be freed
305 or otherwise overwritten.
306 Any mutex which is destroyed
307 must previously have been initialized with
308 .Fn mtx_init .
309 It is permissible to have a single hold count
310 on a mutex when it is destroyed.
311 It is not permissible to hold the mutex recursively,
312 or have another thread blocked on the mutex
313 when it is destroyed.
314 .Pp
315 The
316 .Fn mtx_sleep
317 function is used to atomically release
318 .Fa mtx
319 while waiting for an event.
320 For more details on the parameters to this function,
321 see
322 .Xr sleep 9 .
323 .Pp
324 The
325 .Fn mtx_initialized
326 function returns non-zero if
327 .Fa mutex
328 has been initialized and zero otherwise.
329 .Pp
330 The
331 .Fn mtx_owned
332 function returns non-zero
333 if the current thread holds
334 .Fa mutex .
335 If the current thread does not hold
336 .Fa mutex
337 zero is returned.
338 .Pp
339 The
340 .Fn mtx_recursed
341 function returns non-zero if the
342 .Fa mutex
343 is recursed.
344 This check should only be made if the running thread already owns
345 .Fa mutex .
346 .Pp
347 The
348 .Fn mtx_assert
349 function allows assertions specified in
350 .Fa what
351 to be made about
352 .Fa mutex .
353 If the assertions are not true and the kernel is compiled with
354 .Cd "options INVARIANTS"
355 and
356 .Cd "options INVARIANT_SUPPORT" ,
357 the kernel will panic.
358 Currently the following assertions are supported:
359 .Bl -tag -width MA_NOTRECURSED
360 .It Dv MA_OWNED
361 Assert that the current thread
362 holds the mutex
363 pointed to by the first argument.
364 .It Dv MA_NOTOWNED
365 Assert that the current thread
366 does not hold the mutex
367 pointed to by the first argument.
368 .It Dv MA_RECURSED
369 Assert that the current thread has recursed on the mutex
370 pointed to by the first argument.
371 This assertion is only valid in conjunction with
372 .Dv MA_OWNED .
373 .It Dv MA_NOTRECURSED
374 Assert that the current thread has not recursed on the mutex
375 pointed to by the first argument.
376 This assertion is only valid in conjunction with
377 .Dv MA_OWNED .
378 .El
379 .Pp
380 The
381 .Fn MTX_SYSINIT
382 macro is used to generate a call to the
383 .Fn mtx_sysinit
384 routine at system startup in order to initialize a given mutex lock.
385 The parameters are the same as
386 .Fn mtx_init
387 but with an additional argument,
388 .Fa name ,
389 that is used in generating unique variable names for the related structures associated with the lock and the sysinit routine.
390 .Ss The Default Mutex Type
391 Most kernel code should use the default lock type,
392 .Dv MTX_DEF .
393 The default lock type will allow the thread
394 to be disconnected from the CPU
395 if the lock is already held by another thread.
396 The implementation
397 may treat the lock as a short term spin lock
398 under some circumstances.
399 However, it is always safe to use these forms of locks
400 in an interrupt thread
401 without fear of deadlock
402 against an interrupted thread on the same CPU.
403 .Ss The Spin Mutex Type
404 A
405 .Dv MTX_SPIN
406 mutex will not relinquish the CPU
407 when it cannot immediately get the requested lock,
408 but will loop, waiting for the mutex to be released by another CPU.
409 This could result in deadlock
410 if another thread interrupted the thread which held a mutex
411 and then tried to acquire the mutex.
412 For this reason spin locks disable all interrupts on the local CPU.
413 .Pp
414 Spin locks are fairly specialized locks
415 that are intended to be held for very short periods of time.
416 Their primary purpose is to protect portions of the code
417 that implement other synchronization primitives such as default mutexes,
418 thread scheduling, and interrupt threads.
419 .Ss Initialization Options
420 The options passed in the
421 .Fa opts
422 argument of
423 .Fn mtx_init
424 specify the mutex type.
425 One of the
426 .Dv MTX_DEF
427 or
428 .Dv MTX_SPIN
429 options is required and only one of those two options may be specified.
430 The possibilities are:
431 .Bl -tag -width MTX_NOWITNESS
432 .It Dv MTX_DEF
433 Default mutexes
434 will always allow the current thread to be suspended
435 to avoid deadlock conditions against interrupt threads.
436 The implementation of this lock type
437 may spin for a while before suspending the current thread.
438 .It Dv MTX_SPIN
439 Spin mutexes
440 will never relinquish the CPU.
441 All interrupts are disabled on the local CPU
442 while any spin lock is held.
443 .It Dv MTX_RECURSE
444 Specifies that the initialized mutex is allowed to recurse.
445 This bit must be present if the mutex is permitted to recurse.
446 .It Dv MTX_QUIET
447 Do not log any mutex operations for this lock.
448 .It Dv MTX_NOWITNESS
449 Instruct
450 .Xr witness 4
451 to ignore this lock.
452 .It Dv MTX_DUPOK
453 Witness should not log messages about duplicate locks being acquired.
454 .It Dv MTX_NOPROFILE
455 Do not profile this lock.
456 .El
457 .Ss Lock and Unlock Flags
458 The flags passed to the
459 .Fn mtx_lock_flags ,
460 .Fn mtx_lock_spin_flags ,
461 .Fn mtx_unlock_flags ,
462 and
463 .Fn mtx_unlock_spin_flags
464 functions provide some basic options to the caller,
465 and are often used only under special circumstances to modify lock or
466 unlock behavior.
467 Standard locking and unlocking should be performed with the
468 .Fn mtx_lock ,
469 .Fn mtx_lock_spin ,
470 .Fn mtx_unlock ,
471 and
472 .Fn mtx_unlock_spin
473 functions.
474 Only if a flag is required should the corresponding
475 flags-accepting routines be used.
476 .Pp
477 Options that modify mutex behavior:
478 .Bl -tag -width MTX_QUIET
479 .It Dv MTX_QUIET
480 This option is used to quiet logging messages during individual mutex
481 operations.
482 This can be used to trim superfluous logging messages for debugging purposes.
483 .El
484 .Ss Giant
485 If
486 .Va Giant
487 must be acquired, it must be acquired prior to acquiring
488 other mutexes.
489 Put another way: it is impossible to acquire
490 .Va Giant
491 non-recursively while
492 holding another mutex.
493 It is possible to acquire other mutexes while holding
494 .Va Giant ,
495 and it is possible to acquire
496 .Va Giant
497 recursively while holding other mutexes.
498 .Ss Sleeping
499 Sleeping while holding a mutex (except for
500 .Va Giant )
501 is never safe
502 and should be avoided.
503 There are numerous assertions which will fail if this is attempted.
504 .Ss Functions Which Access Memory in Userspace
505 No mutexes should be held (except for
506 .Va Giant )
507 across functions which
508 access memory in userspace, such as
509 .Xr copyin 9 ,
510 .Xr copyout 9 ,
511 .Xr uiomove 9 ,
512 .Xr fuword 9 ,
513 etc.
514 No locks are needed when calling these functions.
515 .Sh SEE ALSO
516 .Xr condvar 9 ,
517 .Xr LOCK_PROFILING 9 ,
518 .Xr locking 9 ,
519 .Xr mtx_pool 9 ,
520 .Xr panic 9 ,
521 .Xr rwlock 9 ,
522 .Xr sema 9 ,
523 .Xr sleep 9 ,
524 .Xr sx 9
525 .Sh HISTORY
526 These
527 functions appeared in
528 .Bsx 4.1
529 and
530 .Fx 5.0 .