share/man/man9/sleepqueue.9

   1 .\" Copyright (c) 2000-2004 John H. Baldwin <jhb@FreeBSD.org>
   2 .\" 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 .\"
  13 .\" THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE DEVELOPERS ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  14 .\" IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  15 .\" OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  16 .\" IN NO EVENT SHALL THE DEVELOPERS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  17 .\" INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  18 .\" NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  19 .\" DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  20 .\" THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  21 .\" (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  22 .\" THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  23 .\"
  24 .\" $FreeBSD$
  25 .\"
  26 .Dd September 22, 2014
  27 .Dt SLEEPQUEUE 9
  28 .Os
  29 .Sh NAME
  30 .Nm init_sleepqueues ,
  31 .Nm sleepq_abort ,
  32 .Nm sleepq_add ,
  33 .Nm sleepq_alloc ,
  34 .Nm sleepq_broadcast ,
  35 .Nm sleepq_free ,
  36 .Nm sleepq_lock ,
  37 .Nm sleepq_lookup ,
  38 .Nm sleepq_release ,
  39 .Nm sleepq_remove ,
  40 .Nm sleepq_signal ,
  41 .Nm sleepq_set_timeout ,
  42 .Nm sleepq_set_timeout_sbt ,
  43 .Nm sleepq_sleepcnt ,
  44 .Nm sleepq_timedwait ,
  45 .Nm sleepq_timedwait_sig ,
  46 .Nm sleepq_type ,
  47 .Nm sleepq_wait ,
  48 .Nm sleepq_wait_sig
  49 .Nd manage the queues of sleeping threads
  50 .Sh SYNOPSIS
  51 .In sys/param.h
  52 .In sys/sleepqueue.h
  53 .Ft void
  54 .Fn init_sleepqueues "void"
  55 .Ft int
  56 .Fn sleepq_abort "struct thread *td"
  57 .Ft void
  58 .Fn sleepq_add "void *wchan" "struct lock_object *lock" "const char *wmesg" "int flags" "int queue"
  59 .Ft struct sleepqueue *
  60 .Fn sleepq_alloc "void"
  61 .Ft int
  62 .Fn sleepq_broadcast "void *wchan" "int flags" "int pri" "int queue"
  63 .Ft void
  64 .Fn sleepq_free "struct sleepqueue *sq"
  65 .Ft struct sleepqueue *
  66 .Fn sleepq_lookup "void *wchan"
  67 .Ft void
  68 .Fn sleepq_lock "void *wchan"
  69 .Ft void
  70 .Fn sleepq_release "void *wchan"
  71 .Ft void
  72 .Fn sleepq_remove "struct thread *td" "void *wchan"
  73 .Ft int
  74 .Fn sleepq_signal "void *wchan" "int flags" "int pri" "int queue"
  75 .Ft void
  76 .Fn sleepq_set_timeout "void *wchan" "int timo"
  77 .Ft void
  78 .Fn sleepq_set_timeout_sbt "void *wchan" "sbintime_t sbt" \
  79 "sbintime_t pr" "int flags"
  80 .Ft u_int
  81 .Fn sleepq_sleepcnt "void *wchan" "int queue"
  82 .Ft int
  83 .Fn sleepq_timedwait "void *wchan" "int pri"
  84 .Ft int
  85 .Fn sleepq_timedwait_sig "void *wchan" "int pri"
  86 .Ft int
  87 .Fn sleepq_type "void *wchan"
  88 .Ft void
  89 .Fn sleepq_wait "void *wchan" "int pri"
  90 .Ft int
  91 .Fn sleepq_wait_sig "void *wchan" "int pri"
  92 .Sh DESCRIPTION
  93 Sleep queues provide a mechanism for suspending execution of a thread until
  94 some condition is met.
  95 Each queue is associated with a specific wait channel when it is active,
  96 and only one queue may be associated with a wait channel at any given point
  97 in time.
  98 The implementation of each wait channel splits its sleepqueue into 2 sub-queues
  99 in order to enable some optimizations on threads' wakeups.
 100 An active queue holds a list of threads that are blocked on the associated
 101 wait channel.
 102 Threads that are not blocked on a wait channel have an associated inactive
 103 sleep queue.
 104 When a thread blocks on a wait channel it donates its inactive sleep queue
 105 to the wait channel.
 106 When a thread is resumed,
 107 the wait channel that it was blocked on gives it an inactive sleep queue for
 108 later use.
 109 .Pp
 110 The
 111 .Fn sleepq_alloc
 112 function allocates an inactive sleep queue and is used to assign a
 113 sleep queue to a thread during thread creation.
 114 The
 115 .Fn sleepq_free
 116 function frees the resources associated with an inactive sleep queue and is
 117 used to free a queue during thread destruction.
 118 .Pp
 119 Active sleep queues are stored in a hash table hashed on the addresses pointed
 120 to by wait channels.
 121 Each bucket in the hash table contains a sleep queue chain.
 122 A sleep queue chain contains a spin mutex and a list of sleep queues that hash
 123 to that specific chain.
 124 Active sleep queues are protected by their chain's spin mutex.
 125 The
 126 .Fn init_sleepqueues
 127 function initializes the hash table of sleep queue chains.
 128 .Pp
 129 The
 130 .Fn sleepq_lock
 131 function locks the sleep queue chain associated with wait channel
 132 .Fa wchan .
 133 .Pp
 134 The
 135 .Fn sleepq_lookup
 136 returns a pointer to the currently active sleep queue for that wait
 137 channel associated with
 138 .Fa wchan
 139 or
 140 .Dv NULL
 141 if there is no active sleep queue associated with
 142 argument
 143 .Fa wchan .
 144 It requires the sleep queue chain associated with
 145 .Fa wchan
 146 to have been locked by a prior call to
 147 .Fn sleepq_lock .
 148 .Pp
 149 The
 150 .Fn sleepq_release
 151 function unlocks the sleep queue chain associated with
 152 .Fn wchan
 153 and is primarily useful when aborting a pending sleep request before one of
 154 the wait functions is called.
 155 .Pp
 156 The
 157 .Fn sleepq_add
 158 function places the current thread on the sleep queue associated with the
 159 wait channel
 160 .Fa wchan .
 161 The sleep queue chain associated with argument
 162 .Fa wchan
 163 must be locked by a prior call to
 164 .Fn sleepq_lock
 165 when this function is called.
 166 If a lock is specified via the
 167 .Fa lock
 168 argument, and if the kernel was compiled with
 169 .Cd "options INVARIANTS" ,
 170 then the sleep queue code will perform extra checks to ensure that
 171 the lock is used by all threads sleeping on
 172 .Fa wchan .
 173 The
 174 .Fa wmesg
 175 parameter should be a short description of
 176 .Fa wchan .
 177 The
 178 .Fa flags
 179 parameter is a bitmask consisting of the type of sleep queue being slept on
 180 and zero or more optional flags.
 181 The
 182 .Fa queue
 183 parameter specifies the sub-queue, in which the contending thread will be
 184 inserted.
 185 .Pp
 186 There are currently three types of sleep queues:
 187 .Pp
 188 .Bl -tag -width ".Dv SLEEPQ_CONDVAR" -compact
 189 .It Dv SLEEPQ_CONDVAR
 190 A sleep queue used to implement condition variables.
 191 .It Dv SLEEPQ_SLEEP
 192 A sleep queue used to implement
 193 .Xr sleep 9 ,
 194 .Xr wakeup 9
 195 and
 196 .Xr wakeup_one 9 .
 197 .It Dv SLEEPQ_PAUSE
 198 A sleep queue used to implement
 199 .Xr pause 9 .
 200 .El
 201 .Pp
 202 There are currently two optional flag:
 203 .Pp
 204 .Bl -tag -width ".Dv SLEEPQ_INTERRUPTIBLE" -compact
 205 .It Dv SLEEPQ_INTERRUPTIBLE
 206 The current thread is entering an interruptible sleep.
 207 .El
 208 .Bl -tag -width ".Dv SLEEPQ_STOP_ON_BDRY" -compact
 209 .It Dv SLEEPQ_STOP_ON_BDRY
 210 When thread is entering an interruptible sleep, do not stop it upon
 211 arrival of stop action, like
 212 .Dv SIGSTOP .
 213 Wake it up instead.
 214 .El
 215 .Pp
 216 A timeout on the sleep may be specified by calling
 217 .Fn sleepq_set_timeout
 218 after
 219 .Fn sleepq_add .
 220 The
 221 .Fa wchan
 222 parameter should be the same value from the preceding call to
 223 .Fn sleepq_add ,
 224 and the sleep queue chain associated with
 225 .Fa wchan
 226 must have been locked by a prior call to
 227 .Fn sleepq_lock .
 228 The
 229 .Fa timo
 230 parameter should specify the timeout value in ticks.
 231 .Pp
 232 .Fn sleepq_set_timeout_sbt
 233 function takes
 234 .Fa sbt
 235 argument instead of
 236 .Fa timo .
 237 It allows to specify relative or absolute wakeup time with higher resolution
 238 in form of
 239 .Vt sbintime_t .
 240 The parameter
 241 .Fa pr
 242 allows to specify wanted absolute event precision.
 243 The parameter
 244 .Fa flags
 245 allows to pass additional
 246 .Fn callout_reset_sbt
 247 flags.
 248 .Pp
 249 .Pp
 250 Once the thread is ready to suspend,
 251 one of the wait functions is called to put the current thread to sleep
 252 until it is awakened and to context switch to another thread.
 253 The
 254 .Fn sleepq_wait
 255 function is used for non-interruptible sleeps that do not have a timeout.
 256 The
 257 .Fn sleepq_timedwait
 258 function is used for non-interruptible sleeps that have had a timeout set via
 259 .Fn sleepq_set_timeout .
 260 The
 261 .Fn sleepq_wait_sig
 262 function is used for interruptible sleeps that do not have a timeout.
 263 The
 264 .Fn sleepq_timedwait_sig
 265 function is used for interruptible sleeps that do have a timeout set.
 266 The
 267 .Fa wchan
 268 argument to all of the wait functions is the wait channel being slept
 269 on.
 270 The sleep queue chain associated with argument
 271 .Fa wchan
 272 needs to have been locked with a prior call to
 273 .Fn sleepq_lock .
 274 The
 275 .Fa pri
 276 argument is used to set the priority of the thread when it is awakened.
 277 If it is set to zero, the thread's priority is left alone.
 278 .Pp
 279 When the thread is resumed,
 280 the wait functions return a non-zero value if the thread was awakened due to
 281 an interrupt other than a signal or a timeout.
 282 If the sleep timed out, then
 283 .Er EWOULDBLOCK
 284 is returned.
 285 If the sleep was interrupted by something other than a signal,
 286 then some other return value will be returned.
 287 .Pp
 288 A sleeping thread is normally resumed by the
 289 .Fn sleepq_broadcast
 290 and
 291 .Fn sleepq_signal
 292 functions.
 293 The
 294 .Fn sleepq_signal
 295 function awakens the highest priority thread sleeping on a wait channel while
 296 .Fn sleepq_broadcast
 297 awakens all of the threads sleeping on a wait channel.
 298 The
 299 .Fa wchan
 300 argument specifics which wait channel to awaken.
 301 The
 302 .Fa flags
 303 argument must match the sleep queue type contained in the
 304 .Fa flags
 305 argument passed to
 306 .Fn sleepq_add
 307 by the threads sleeping on the wait channel.
 308 If the
 309 .Fa pri
 310 argument does not equal \-1,
 311 then each thread that is awakened will have its priority raised to
 312 .Fa pri
 313 if it has a lower priority.
 314 The sleep queue chain associated with argument
 315 .Fa wchan
 316 must be locked by a prior call to
 317 .Fn sleepq_lock
 318 before calling any of these functions.
 319 The
 320 .Fa queue
 321 argument specifies the sub-queue, from which threads need to be woken up.
 322 .Pp
 323 A thread in an interruptible sleep can be interrupted by another thread via
 324 the
 325 .Fn sleepq_abort
 326 function.
 327 The
 328 .Fa td
 329 argument specifies the thread to interrupt.
 330 An individual thread can also be awakened from sleeping on a specific wait
 331 channel via the
 332 .Fn sleepq_remove
 333 function.
 334 The
 335 .Fa td
 336 argument specifies the thread to awaken and the
 337 .Fa wchan
 338 argument specifies the wait channel to awaken it from.
 339 If the thread
 340 .Fa td
 341 is not blocked on the wait channel
 342 .Fa wchan
 343 then this function will not do anything,
 344 even if the thread is asleep on a different wait channel.
 345 This function should only be used if one of the other functions above is not
 346 sufficient.
 347 One possible use is waking up a specific thread from a widely shared sleep
 348 channel.
 349 .Pp
 350 The
 351 .Fn sleepq_sleepcnt
 352 function offer a simple way to retrieve the number of threads sleeping for
 353 the specified
 354 .Fa queue ,
 355 given a
 356 .Fa wchan .
 357 .Pp
 358 The
 359 .Fn sleepq_type
 360 function returns the type of
 361 .Fa wchan
 362 associated to a sleepqueue.
 363 .Pp
 364 The
 365 .Fn sleepq_abort ,
 366 .Fn sleepq_broadcast ,
 367 and
 368 .Fn sleepq_signal
 369 functions all return a boolean value.
 370 If the return value is true,
 371 then at least one thread was resumed that is currently swapped out.
 372 The caller is responsible for awakening the scheduler process so that the
 373 resumed thread will be swapped back in.
 374 This is done by calling the
 375 .Fn kick_proc0
 376 function after releasing the sleep queue chain lock via a call to
 377 .Fn sleepq_release .
 378 .Pp
 379 The sleep queue interface is currently used to implement the
 380 .Xr sleep 9
 381 and
 382 .Xr condvar 9
 383 interfaces.
 384 Almost all other code in the kernel should use one of those interfaces rather
 385 than manipulating sleep queues directly.
 386 .Sh SEE ALSO
 387 .Xr condvar 9 ,
 388 .Xr runqueue 9 ,
 389 .Xr scheduler 9 ,
 390 .Xr sleep 9 ,
 391 .Xr timeout 9