]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/8.1.git/blob - share/man/man9/mutex.9
Copy stable/8 to releng/8.1 in preparation for 8.1-RC1.
[FreeBSD/releng/8.1.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 December 21, 2006
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 "struct mtx *mutex"
87 .Ft int
88 .Fn mtx_owned "struct mtx *mutex"
89 .Ft int
90 .Fn mtx_recursed "struct mtx *mutex"
91 .Pp
92 .Cd "options INVARIANTS"
93 .Cd "options INVARIANT_SUPPORT"
94 .Ft void
95 .Fn mtx_assert "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
132 .Dv INTR_FAST
133 interrupt handlers and low level scheduling code.
134 In all architectures both acquiring and releasing of a
135 uncontested spin mutex is more expensive than the same operation
136 on a non-spin mutex.
137 In order to protect an interrupt service routine from blocking
138 against itself all interrupts are either blocked or deferred on a processor
139 while holding a spin lock.
140 It is permissible to hold multiple spin mutexes.
141 .Pp
142 Once a spin mutex has been acquired it is not permissible to acquire a
143 blocking mutex.
144 .Pp
145 The storage needed to implement a mutex is provided by a
146 .Vt struct mtx .
147 In general this should be treated as an opaque object and
148 referenced only with the mutex primitives.
149 .Pp
150 The
151 .Fn mtx_init
152 function must be used to initialize a mutex
153 before it can be passed to any of the other mutex functions.
154 The
155 .Fa name
156 option is used to identify the lock in debugging output etc.
157 The
158 .Fa type
159 option is used by the witness code to classify a mutex when doing checks
160 of lock ordering.
161 If
162 .Fa type
163 is
164 .Dv NULL ,
165 .Fa name
166 is used in its place.
167 The pointer passed in as
168 .Fa name
169 and
170 .Fa type
171 is saved rather than the data it points to.
172 The data pointed to must remain stable
173 until the mutex is destroyed.
174 The
175 .Fa opts
176 argument is used to set the type of mutex.
177 It may contain either
178 .Dv MTX_DEF
179 or
180 .Dv MTX_SPIN
181 but not both.
182 See below for additional initialization options.
183 It is not permissible to pass the same
184 .Fa mutex
185 to
186 .Fn mtx_init
187 multiple times without intervening calls to
188 .Fn mtx_destroy .
189 .Pp
190 The
191 .Fn mtx_lock
192 function acquires a
193 .Dv MTX_DEF
194 mutual exclusion lock
195 on behalf of the currently running kernel thread.
196 If another kernel thread is holding the mutex,
197 the caller will be disconnected from the CPU
198 until the mutex is available
199 (i.e., it will block).
200 .Pp
201 The
202 .Fn mtx_lock_spin
203 function acquires a
204 .Dv MTX_SPIN
205 mutual exclusion lock
206 on behalf of the currently running kernel thread.
207 If another kernel thread is holding the mutex,
208 the caller will spin until the mutex becomes available.
209 Interrupts are disabled during the spin and remain disabled
210 following the acquiring of the lock.
211 .Pp
212 It is possible for the same thread to recursively acquire a mutex
213 with no ill effects, provided that the
214 .Dv MTX_RECURSE
215 bit was passed to
216 .Fn mtx_init
217 during the initialization of the mutex.
218 .Pp
219 The
220 .Fn mtx_lock_flags
221 and
222 .Fn mtx_lock_spin_flags
223 functions acquire a
224 .Dv MTX_DEF
225 or
226 .Dv MTX_SPIN
227 lock, respectively, and also accept a
228 .Fa flags
229 argument.
230 In both cases, the only flag presently available for lock acquires is
231 .Dv MTX_QUIET .
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 .Pp
241 The
242 .Fn mtx_trylock
243 attempts to acquire the
244 .Dv MTX_DEF
245 mutex pointed to by
246 .Fa mutex .
247 If the mutex cannot be immediately acquired
248 .Fn mtx_trylock
249 will return 0,
250 otherwise the mutex will be acquired
251 and a non-zero value will be returned.
252 .Pp
253 The
254 .Fn mtx_trylock_flags
255 function has the same behavior as
256 .Fn mtx_trylock
257 but should be used when the caller desires to pass in a
258 .Fa flags
259 value.
260 Presently, the only valid value in the
261 .Fn mtx_trylock
262 case is
263 .Dv MTX_QUIET ,
264 and its effects are identical to those described for
265 .Fn mtx_lock
266 above.
267 .Pp
268 The
269 .Fn mtx_unlock
270 function releases a
271 .Dv MTX_DEF
272 mutual exclusion lock.
273 The current thread may be preempted if a higher priority thread is waiting
274 for the mutex.
275 .Pp
276 The
277 .Fn mtx_unlock_spin
278 function releases a
279 .Dv MTX_SPIN
280 mutual exclusion lock.
281 .Pp
282 The
283 .Fn mtx_unlock_flags
284 and
285 .Fn mtx_unlock_spin_flags
286 functions behave in exactly the same way as do the standard mutex
287 unlock routines above, while also allowing a
288 .Fa flags
289 argument which may specify
290 .Dv MTX_QUIET .
291 The behavior of
292 .Dv MTX_QUIET
293 is identical to its behavior in the mutex lock routines.
294 .Pp
295 The
296 .Fn mtx_destroy
297 function is used to destroy
298 .Fa mutex
299 so the data associated with it may be freed
300 or otherwise overwritten.
301 Any mutex which is destroyed
302 must previously have been initialized with
303 .Fn mtx_init .
304 It is permissible to have a single hold count
305 on a mutex when it is destroyed.
306 It is not permissible to hold the mutex recursively,
307 or have another thread blocked on the mutex
308 when it is destroyed.
309 .Pp
310 The
311 .Fn mtx_sleep
312 function is used to atomically release
313 .Fa mtx
314 while waiting for an event.
315 For more details on the parameters to this function,
316 see
317 .Xr sleep 9 .
318 .Pp
319 The
320 .Fn mtx_initialized
321 function returns non-zero if
322 .Fa mutex
323 has been initialized and zero otherwise.
324 .Pp
325 The
326 .Fn mtx_owned
327 function returns non-zero
328 if the current thread holds
329 .Fa mutex .
330 If the current thread does not hold
331 .Fa mutex
332 zero is returned.
333 .Pp
334 The
335 .Fn mtx_recursed
336 function returns non-zero if the
337 .Fa mutex
338 is recursed.
339 This check should only be made if the running thread already owns
340 .Fa mutex .
341 .Pp
342 The
343 .Fn mtx_assert
344 function allows assertions specified in
345 .Fa what
346 to be made about
347 .Fa mutex .
348 If the assertions are not true and the kernel is compiled with
349 .Cd "options INVARIANTS"
350 and
351 .Cd "options INVARIANT_SUPPORT" ,
352 the kernel will panic.
353 Currently the following assertions are supported:
354 .Bl -tag -width MA_NOTRECURSED
355 .It Dv MA_OWNED
356 Assert that the current thread
357 holds the mutex
358 pointed to by the first argument.
359 .It Dv MA_NOTOWNED
360 Assert that the current thread
361 does not hold the mutex
362 pointed to by the first argument.
363 .It Dv MA_RECURSED
364 Assert that the current thread has recursed on the mutex
365 pointed to by the first argument.
366 This assertion is only valid in conjunction with
367 .Dv MA_OWNED .
368 .It Dv MA_NOTRECURSED
369 Assert that the current thread has not 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 .El
374 .Pp
375 The
376 .Fn MTX_SYSINIT
377 macro is used to generate a call to the
378 .Fn mtx_sysinit
379 routine at system startup in order to initialize a given mutex lock.
380 The parameters are the same as
381 .Fn mtx_init
382 but with an additional argument,
383 .Fa name ,
384 that is used in generating unique variable names for the related structures associated with the lock and the sysinit routine.
385 .Ss The Default Mutex Type
386 Most kernel code should use the default lock type,
387 .Dv MTX_DEF .
388 The default lock type will allow the thread
389 to be disconnected from the CPU
390 if the lock is already held by another thread.
391 The implementation
392 may treat the lock as a short term spin lock
393 under some circumstances.
394 However, it is always safe to use these forms of locks
395 in an interrupt thread
396 without fear of deadlock
397 against an interrupted thread on the same CPU.
398 .Ss The Spin Mutex Type
399 A
400 .Dv MTX_SPIN
401 mutex will not relinquish the CPU
402 when it cannot immediately get the requested lock,
403 but will loop, waiting for the mutex to be released by another CPU.
404 This could result in deadlock
405 if another thread interrupted the thread which held a mutex
406 and then tried to acquire the mutex.
407 For this reason spin locks disable all interrupts on the local CPU.
408 .Pp
409 Spin locks are fairly specialized locks
410 that are intended to be held for very short periods of time.
411 Their primary purpose is to protect portions of the code
412 that implement other synchronization primitives such as default mutexes,
413 thread scheduling, and interrupt threads.
414 .Ss Initialization Options
415 The options passed in the
416 .Fa opts
417 argument of
418 .Fn mtx_init
419 specify the mutex type.
420 One of the
421 .Dv MTX_DEF
422 or
423 .Dv MTX_SPIN
424 options is required and only one of those two options may be specified.
425 The possibilities are:
426 .Bl -tag -width MTX_NOWITNESS
427 .It Dv MTX_DEF
428 Default mutexes
429 will always allow the current thread to be suspended
430 to avoid deadlock conditions against interrupt threads.
431 The implementation of this lock type
432 may spin for a while before suspending the current thread.
433 .It Dv MTX_SPIN
434 Spin mutexes
435 will never relinquish the CPU.
436 All interrupts are disabled on the local CPU
437 while any spin lock is held.
438 .It Dv MTX_RECURSE
439 Specifies that the initialized mutex is allowed to recurse.
440 This bit must be present if the mutex is permitted to recurse.
441 .It Dv MTX_QUIET
442 Do not log any mutex operations for this lock.
443 .It Dv MTX_NOWITNESS
444 Instruct
445 .Xr witness 4
446 to ignore this lock.
447 .It Dv MTX_DUPOK
448 Witness should not log messages about duplicate locks being acquired.
449 .It Dv MTX_NOPROFILE
450 Do not profile this lock.
451 .El
452 .Ss Lock and Unlock Flags
453 The flags passed to the
454 .Fn mtx_lock_flags ,
455 .Fn mtx_lock_spin_flags ,
456 .Fn mtx_unlock_flags ,
457 and
458 .Fn mtx_unlock_spin_flags
459 functions provide some basic options to the caller,
460 and are often used only under special circumstances to modify lock or
461 unlock behavior.
462 Standard locking and unlocking should be performed with the
463 .Fn mtx_lock ,
464 .Fn mtx_lock_spin ,
465 .Fn mtx_unlock ,
466 and
467 .Fn mtx_unlock_spin
468 functions.
469 Only if a flag is required should the corresponding
470 flags-accepting routines be used.
471 .Pp
472 Options that modify mutex behavior:
473 .Bl -tag -width MTX_QUIET
474 .It Dv MTX_QUIET
475 This option is used to quiet logging messages during individual mutex
476 operations.
477 This can be used to trim superfluous logging messages for debugging purposes.
478 .El
479 .Ss Giant
480 If
481 .Va Giant
482 must be acquired, it must be acquired prior to acquiring
483 other mutexes.
484 Put another way: it is impossible to acquire
485 .Va Giant
486 non-recursively while
487 holding another mutex.
488 It is possible to acquire other mutexes while holding
489 .Va Giant ,
490 and it is possible to acquire
491 .Va Giant
492 recursively while holding other mutexes.
493 .Ss Sleeping
494 Sleeping while holding a mutex (except for
495 .Va Giant )
496 is never safe
497 and should be avoided.
498 There are numerous assertions which will fail if this is attempted.
499 .Ss Functions Which Access Memory in Userspace
500 No mutexes should be held (except for
501 .Va Giant )
502 across functions which
503 access memory in userspace, such as
504 .Xr copyin 9 ,
505 .Xr copyout 9 ,
506 .Xr uiomove 9 ,
507 .Xr fuword 9 ,
508 etc.
509 No locks are needed when calling these functions.
510 .Sh SEE ALSO
511 .Xr condvar 9 ,
512 .Xr LOCK_PROFILING 9 ,
513 .Xr locking 9 ,
514 .Xr mtx_pool 9 ,
515 .Xr panic 9 ,
516 .Xr rwlock 9 ,
517 .Xr sema 9 ,
518 .Xr sleep 9 ,
519 .Xr sx 9
520 .Sh HISTORY
521 These
522 functions appeared in
523 .Bsx 4.1
524 and
525 .Fx 5.0 .