sys/kern/kern_mutex.c

   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_witness.c,v 1.1.2.20 2000/04/27 03:10:27 cp Exp $
  29  *      and BSDI $Id: synch_machdep.c,v 2.3.2.39 2000/04/27 03:10:25 cp Exp $
  30  */
  31
  32 /*
  33  * Machine independent bits of mutex implementation.
  34  */
  35
  36 #include <sys/cdefs.h>
  37 __FBSDID("$FreeBSD$");
  38
  39 #include "opt_adaptive_mutexes.h"
  40 #include "opt_ddb.h"
  41 #include "opt_global.h"
  42 #include "opt_kdtrace.h"
  43 #include "opt_sched.h"
  44
  45 #include <sys/param.h>
  46 #include <sys/systm.h>
  47 #include <sys/bus.h>
  48 #include <sys/conf.h>
  49 #include <sys/kdb.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/ktr.h>
  52 #include <sys/lock.h>
  53 #include <sys/malloc.h>
  54 #include <sys/mutex.h>
  55 #include <sys/proc.h>
  56 #include <sys/resourcevar.h>
  57 #include <sys/sched.h>
  58 #include <sys/sbuf.h>
  59 #include <sys/sysctl.h>
  60 #include <sys/turnstile.h>
  61 #include <sys/vmmeter.h>
  62 #include <sys/lock_profile.h>
  63
  64 #include <machine/atomic.h>
  65 #include <machine/bus.h>
  66 #include <machine/cpu.h>
  67
  68 #include <ddb/ddb.h>
  69
  70 #include <fs/devfs/devfs_int.h>
  71
  72 #include <vm/vm.h>
  73 #include <vm/vm_extern.h>
  74
  75 #if defined(SMP) && !defined(NO_ADAPTIVE_MUTEXES)
  76 #define ADAPTIVE_MUTEXES
  77 #endif
  78
  79 /*
  80  * Internal utility macros.
  81  */
  82 #define mtx_unowned(m)  ((m)->mtx_lock == MTX_UNOWNED)
  83
  84 #define mtx_destroyed(m) ((m)->mtx_lock == MTX_DESTROYED)
  85
  86 #define mtx_owner(m)    ((struct thread *)((m)->mtx_lock & ~MTX_FLAGMASK))
  87
  88 static void     assert_mtx(struct lock_object *lock, int what);
  89 #ifdef DDB
  90 static void     db_show_mtx(struct lock_object *lock);
  91 #endif
  92 static void     lock_mtx(struct lock_object *lock, int how);
  93 static void     lock_spin(struct lock_object *lock, int how);
  94 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  95 static int      owner_mtx(struct lock_object *lock, struct thread **owner);
  96 #endif
  97 static int      unlock_mtx(struct lock_object *lock);
  98 static int      unlock_spin(struct lock_object *lock);
  99
 100 /*
 101  * Lock classes for sleep and spin mutexes.
 102  */
 103 struct lock_class lock_class_mtx_sleep = {
 104         .lc_name = "sleep mutex",
 105         .lc_flags = LC_SLEEPLOCK | LC_RECURSABLE,
 106         .lc_assert = assert_mtx,
 107 #ifdef DDB
 108         .lc_ddb_show = db_show_mtx,
 109 #endif
 110         .lc_lock = lock_mtx,
 111         .lc_unlock = unlock_mtx,
 112 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 113         .lc_owner = owner_mtx,
 114 #endif
 115 };
 116 struct lock_class lock_class_mtx_spin = {
 117         .lc_name = "spin mutex",
 118         .lc_flags = LC_SPINLOCK | LC_RECURSABLE,
 119         .lc_assert = assert_mtx,
 120 #ifdef DDB
 121         .lc_ddb_show = db_show_mtx,
 122 #endif
 123         .lc_lock = lock_spin,
 124         .lc_unlock = unlock_spin,
 125 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 126         .lc_owner = owner_mtx,
 127 #endif
 128 };
 129
 130 /*
 131  * System-wide mutexes
 132  */
 133 struct mtx blocked_lock;
 134 struct mtx Giant;
 135
 136 void
 137 assert_mtx(struct lock_object *lock, int what)
 138 {
 139
 140         mtx_assert((struct mtx *)lock, what);
 141 }
 142
 143 void
 144 lock_mtx(struct lock_object *lock, int how)
 145 {
 146
 147         mtx_lock((struct mtx *)lock);
 148 }
 149
 150 void
 151 lock_spin(struct lock_object *lock, int how)
 152 {
 153
 154         panic("spin locks can only use msleep_spin");
 155 }
 156
 157 int
 158 unlock_mtx(struct lock_object *lock)
 159 {
 160         struct mtx *m;
 161
 162         m = (struct mtx *)lock;
 163         mtx_assert(m, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
 164         mtx_unlock(m);
 165         return (0);
 166 }
 167
 168 int
 169 unlock_spin(struct lock_object *lock)
 170 {
 171
 172         panic("spin locks can only use msleep_spin");
 173 }
 174
 175 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 176 int
 177 owner_mtx(struct lock_object *lock, struct thread **owner)
 178 {
 179         struct mtx *m = (struct mtx *)lock;
 180
 181         *owner = mtx_owner(m);
 182         return (mtx_unowned(m) == 0);
 183 }
 184 #endif
 185
 186 /*
 187  * Function versions of the inlined __mtx_* macros.  These are used by
 188  * modules and can also be called from assembly language if needed.
 189  */
 190 void
 191 _mtx_lock_flags(struct mtx *m, int opts, const char *file, int line)
 192 {
 193
 194         MPASS(curthread != NULL);
 195         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
 196             ("mtx_lock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
 197         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_sleep,
 198             ("mtx_lock() of spin mutex %s @ %s:%d", m->lock_object.lo_name,
 199             file, line));
 200         WITNESS_CHECKORDER(&m->lock_object, opts | LOP_NEWORDER | LOP_EXCLUSIVE,
 201             file, line, NULL);
 202
 203         _get_sleep_lock(m, curthread, opts, file, line);
 204         LOCK_LOG_LOCK("LOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
 205             line);
 206         WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
 207         curthread->td_locks++;
 208 }
 209
 210 void
 211 _mtx_unlock_flags(struct mtx *m, int opts, const char *file, int line)
 212 {
 213         MPASS(curthread != NULL);
 214         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
 215             ("mtx_unlock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
 216         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_sleep,
 217             ("mtx_unlock() of spin mutex %s @ %s:%d", m->lock_object.lo_name,
 218             file, line));
 219         curthread->td_locks--;
 220         WITNESS_UNLOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
 221         LOCK_LOG_LOCK("UNLOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
 222             line);
 223         mtx_assert(m, MA_OWNED);
 224
 225         if (m->mtx_recurse == 0)
 226                 LOCKSTAT_PROFILE_RELEASE_LOCK(LS_MTX_UNLOCK_RELEASE, m);
 227         _rel_sleep_lock(m, curthread, opts, file, line);
 228 }
 229
 230 void
 231 _mtx_lock_spin_flags(struct mtx *m, int opts, const char *file, int line)
 232 {
 233
 234         MPASS(curthread != NULL);
 235         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
 236             ("mtx_lock_spin() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
 237         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
 238             ("mtx_lock_spin() of sleep mutex %s @ %s:%d",
 239             m->lock_object.lo_name, file, line));
 240         if (mtx_owned(m))
 241                 KASSERT((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0,
 242             ("mtx_lock_spin: recursed on non-recursive mutex %s @ %s:%d\n",
 243                     m->lock_object.lo_name, file, line));
 244         WITNESS_CHECKORDER(&m->lock_object, opts | LOP_NEWORDER | LOP_EXCLUSIVE,
 245             file, line, NULL);
 246         _get_spin_lock(m, curthread, opts, file, line);
 247         LOCK_LOG_LOCK("LOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
 248             line);
 249         WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
 250 }
 251
 252 void
 253 _mtx_unlock_spin_flags(struct mtx *m, int opts, const char *file, int line)
 254 {
 255
 256         MPASS(curthread != NULL);
 257         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
 258             ("mtx_unlock_spin() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
 259         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
 260             ("mtx_unlock_spin() of sleep mutex %s @ %s:%d",
 261             m->lock_object.lo_name, file, line));
 262         WITNESS_UNLOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
 263         LOCK_LOG_LOCK("UNLOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
 264             line);
 265         mtx_assert(m, MA_OWNED);
 266
 267         _rel_spin_lock(m);
 268 }
 269
 270 /*
 271  * The important part of mtx_trylock{,_flags}()
 272  * Tries to acquire lock `m.'  If this function is called on a mutex that
 273  * is already owned, it will recursively acquire the lock.
 274  */
 275 int
 276 _mtx_trylock(struct mtx *m, int opts, const char *file, int line)
 277 {
 278 #ifdef LOCK_PROFILING
 279         uint64_t waittime = 0;
 280         int contested = 0;
 281 #endif
 282         int rval;
 283
 284         MPASS(curthread != NULL);
 285         KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
 286             ("mtx_trylock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
 287         KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_sleep,
 288             ("mtx_trylock() of spin mutex %s @ %s:%d", m->lock_object.lo_name,
 289             file, line));
 290
 291         if (mtx_owned(m) && (m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0) {
 292                 m->mtx_recurse++;
 293                 atomic_set_ptr(&m->mtx_lock, MTX_RECURSED);
 294                 rval = 1;
 295         } else
 296                 rval = _obtain_lock(m, (uintptr_t)curthread);
 297
 298         LOCK_LOG_TRY("LOCK", &m->lock_object, opts, rval, file, line);
 299         if (rval) {
 300                 WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE | LOP_TRYLOCK,
 301                     file, line);
 302                 curthread->td_locks++;
 303                 if (m->mtx_recurse == 0)
 304                         LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(LS_MTX_LOCK_ACQUIRE,
 305                             m, contested, waittime, file, line);
 306
 307         }
 308
 309         return (rval);
 310 }
 311
 312 /*
 313  * _mtx_lock_sleep: the tougher part of acquiring an MTX_DEF lock.
 314  *
 315  * We call this if the lock is either contested (i.e. we need to go to
 316  * sleep waiting for it), or if we need to recurse on it.
 317  */
 318 void
 319 _mtx_lock_sleep(struct mtx *m, uintptr_t tid, int opts, const char *file,
 320     int line)
 321 {
 322         struct turnstile *ts;
 323         uintptr_t v;
 324 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
 325         volatile struct thread *owner;
 326 #endif
 327 #ifdef KTR
 328         int cont_logged = 0;
 329 #endif
 330 #ifdef LOCK_PROFILING
 331         int contested = 0;
 332         uint64_t waittime = 0;
 333 #endif
 334 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 335         uint64_t spin_cnt = 0;
 336         uint64_t sleep_cnt = 0;
 337         int64_t sleep_time = 0;
 338 #endif
 339
 340         if (mtx_owned(m)) {
 341                 KASSERT((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0,
 342             ("_mtx_lock_sleep: recursed on non-recursive mutex %s @ %s:%d\n",
 343                     m->lock_object.lo_name, file, line));
 344                 m->mtx_recurse++;
 345                 atomic_set_ptr(&m->mtx_lock, MTX_RECURSED);
 346                 if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
 347                         CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_lock_sleep: %p recursing", m);
 348                 return;
 349         }
 350
 351         lock_profile_obtain_lock_failed(&m->lock_object,
 352                     &contested, &waittime);
 353         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
 354                 CTR4(KTR_LOCK,
 355                     "_mtx_lock_sleep: %s contested (lock=%p) at %s:%d",
 356                     m->lock_object.lo_name, (void *)m->mtx_lock, file, line);
 357
 358         while (!_obtain_lock(m, tid)) {
 359 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 360                 spin_cnt++;
 361 #endif
 362 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
 363                 /*
 364                  * If the owner is running on another CPU, spin until the
 365                  * owner stops running or the state of the lock changes.
 366                  */
 367                 v = m->mtx_lock;
 368                 if (v != MTX_UNOWNED) {
 369                         owner = (struct thread *)(v & ~MTX_FLAGMASK);
 370                         if (TD_IS_RUNNING(owner)) {
 371                                 if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, 0))
 372                                         CTR3(KTR_LOCK,
 373                                             "%s: spinning on %p held by %p",
 374                                             __func__, m, owner);
 375                                 while (mtx_owner(m) == owner &&
 376                                     TD_IS_RUNNING(owner)) {
 377                                         cpu_spinwait();
 378 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 379                                         spin_cnt++;
 380 #endif
 381                                 }
 382                                 continue;
 383                         }
 384                 }
 385 #endif
 386
 387                 ts = turnstile_trywait(&m->lock_object);
 388                 v = m->mtx_lock;
 389
 390                 /*
 391                  * Check if the lock has been released while spinning for
 392                  * the turnstile chain lock.
 393                  */
 394                 if (v == MTX_UNOWNED) {
 395                         turnstile_cancel(ts);
 396                         continue;
 397                 }
 398
 399 #ifdef ADAPTIVE_MUTEXES
 400                 /*
 401                  * The current lock owner might have started executing
 402                  * on another CPU (or the lock could have changed
 403                  * owners) while we were waiting on the turnstile
 404                  * chain lock.  If so, drop the turnstile lock and try
 405                  * again.
 406                  */
 407                 owner = (struct thread *)(v & ~MTX_FLAGMASK);
 408                 if (TD_IS_RUNNING(owner)) {
 409                         turnstile_cancel(ts);
 410                         continue;
 411                 }
 412 #endif
 413
 414                 /*
 415                  * If the mutex isn't already contested and a failure occurs
 416                  * setting the contested bit, the mutex was either released
 417                  * or the state of the MTX_RECURSED bit changed.
 418                  */
 419                 if ((v & MTX_CONTESTED) == 0 &&
 420                     !atomic_cmpset_ptr(&m->mtx_lock, v, v | MTX_CONTESTED)) {
 421                         turnstile_cancel(ts);
 422                         continue;
 423                 }
 424
 425                 /*
 426                  * We definitely must sleep for this lock.
 427                  */
 428                 mtx_assert(m, MA_NOTOWNED);
 429
 430 #ifdef KTR
 431                 if (!cont_logged) {
 432                         CTR6(KTR_CONTENTION,
 433                             "contention: %p at %s:%d wants %s, taken by %s:%d",
 434                             (void *)tid, file, line, m->lock_object.lo_name,
 435                             WITNESS_FILE(&m->lock_object),
 436                             WITNESS_LINE(&m->lock_object));
 437                         cont_logged = 1;
 438                 }
 439 #endif
 440
 441                 /*
 442                  * Block on the turnstile.
 443                  */
 444 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 445                 sleep_time -= lockstat_nsecs();
 446 #endif
 447                 turnstile_wait(ts, mtx_owner(m), TS_EXCLUSIVE_QUEUE);
 448 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 449                 sleep_time += lockstat_nsecs();
 450                 sleep_cnt++;
 451 #endif
 452         }
 453 #ifdef KTR
 454         if (cont_logged) {
 455                 CTR4(KTR_CONTENTION,
 456                     "contention end: %s acquired by %p at %s:%d",
 457                     m->lock_object.lo_name, (void *)tid, file, line);
 458         }
 459 #endif
 460         LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(LS_MTX_LOCK_ACQUIRE, m, contested,
 461             waittime, file, line);
 462 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 463         if (sleep_time)
 464                 LOCKSTAT_RECORD1(LS_MTX_LOCK_BLOCK, m, sleep_time);
 465
 466         /*
 467          * Only record the loops spinning and not sleeping.
 468          */
 469         if (spin_cnt > sleep_cnt)
 470                 LOCKSTAT_RECORD1(LS_MTX_LOCK_SPIN, m, (spin_cnt - sleep_cnt));
 471 #endif
 472 }
 473
 474 static void
 475 _mtx_lock_spin_failed(struct mtx *m)
 476 {
 477         struct thread *td;
 478
 479         td = mtx_owner(m);
 480
 481         /* If the mutex is unlocked, try again. */
 482         if (td == NULL)
 483                 return;
 484
 485         printf( "spin lock %p (%s) held by %p (tid %d) too long\n",
 486             m, m->lock_object.lo_name, td, td->td_tid);
 487 #ifdef WITNESS
 488         witness_display_spinlock(&m->lock_object, td, printf);
 489 #endif
 490         panic("spin lock held too long");
 491 }
 492
 493 #ifdef SMP
 494 /*
 495  * _mtx_lock_spin: the tougher part of acquiring an MTX_SPIN lock.
 496  *
 497  * This is only called if we need to actually spin for the lock. Recursion
 498  * is handled inline.
 499  */
 500 void
 501 _mtx_lock_spin(struct mtx *m, uintptr_t tid, int opts, const char *file,
 502     int line)
 503 {
 504         int i = 0;
 505 #ifdef LOCK_PROFILING
 506         int contested = 0;
 507         uint64_t waittime = 0;
 508 #endif
 509
 510         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
 511                 CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_lock_spin: %p spinning", m);
 512
 513         lock_profile_obtain_lock_failed(&m->lock_object, &contested, &waittime);
 514         while (!_obtain_lock(m, tid)) {
 515
 516                 /* Give interrupts a chance while we spin. */
 517                 spinlock_exit();
 518                 while (m->mtx_lock != MTX_UNOWNED) {
 519                         if (i++ < 10000000) {
 520                                 cpu_spinwait();
 521                                 continue;
 522                         }
 523                         if (i < 60000000 || kdb_active || panicstr != NULL)
 524                                 DELAY(1);
 525                         else
 526                                 _mtx_lock_spin_failed(m);
 527                         cpu_spinwait();
 528                 }
 529                 spinlock_enter();
 530         }
 531
 532         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
 533                 CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_lock_spin: %p spin done", m);
 534
 535         LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(LS_MTX_SPIN_LOCK_ACQUIRE, m,
 536             contested, waittime, (file), (line));
 537         LOCKSTAT_RECORD1(LS_MTX_SPIN_LOCK_SPIN, m, i);
 538 }
 539 #endif /* SMP */
 540
 541 void
 542 _thread_lock_flags(struct thread *td, int opts, const char *file, int line)
 543 {
 544         struct mtx *m;
 545         uintptr_t tid;
 546         int i;
 547 #ifdef LOCK_PROFILING
 548         int contested = 0;
 549         uint64_t waittime = 0;
 550 #endif
 551 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 552         uint64_t spin_cnt = 0;
 553 #endif
 554
 555         i = 0;
 556         tid = (uintptr_t)curthread;
 557         for (;;) {
 558 retry:
 559                 spinlock_enter();
 560                 m = td->td_lock;
 561                 KASSERT(m->mtx_lock != MTX_DESTROYED,
 562                     ("thread_lock() of destroyed mutex @ %s:%d", file, line));
 563                 KASSERT(LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin,
 564                     ("thread_lock() of sleep mutex %s @ %s:%d",
 565                     m->lock_object.lo_name, file, line));
 566                 if (mtx_owned(m))
 567                         KASSERT((m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE) != 0,
 568             ("thread_lock: recursed on non-recursive mutex %s @ %s:%d\n",
 569                             m->lock_object.lo_name, file, line));
 570                 WITNESS_CHECKORDER(&m->lock_object,
 571                     opts | LOP_NEWORDER | LOP_EXCLUSIVE, file, line, NULL);
 572                 while (!_obtain_lock(m, tid)) {
 573 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 574                         spin_cnt++;
 575 #endif
 576                         if (m->mtx_lock == tid) {
 577                                 m->mtx_recurse++;
 578                                 break;
 579                         }
 580                         lock_profile_obtain_lock_failed(&m->lock_object,
 581                             &contested, &waittime);
 582                         /* Give interrupts a chance while we spin. */
 583                         spinlock_exit();
 584                         while (m->mtx_lock != MTX_UNOWNED) {
 585                                 if (i++ < 10000000)
 586                                         cpu_spinwait();
 587                                 else if (i < 60000000 ||
 588                                     kdb_active || panicstr != NULL)
 589                                         DELAY(1);
 590                                 else
 591                                         _mtx_lock_spin_failed(m);
 592                                 cpu_spinwait();
 593                                 if (m != td->td_lock)
 594                                         goto retry;
 595                         }
 596                         spinlock_enter();
 597                 }
 598                 if (m == td->td_lock)
 599                         break;
 600                 _rel_spin_lock(m);      /* does spinlock_exit() */
 601 #ifdef KDTRACE_HOOKS
 602                 spin_cnt++;
 603 #endif
 604         }
 605         if (m->mtx_recurse == 0)
 606                 LOCKSTAT_PROFILE_OBTAIN_LOCK_SUCCESS(LS_MTX_SPIN_LOCK_ACQUIRE,
 607                     m, contested, waittime, (file), (line));
 608         LOCK_LOG_LOCK("LOCK", &m->lock_object, opts, m->mtx_recurse, file,
 609             line);
 610         WITNESS_LOCK(&m->lock_object, opts | LOP_EXCLUSIVE, file, line);
 611         LOCKSTAT_RECORD1(LS_THREAD_LOCK_SPIN, m, spin_cnt);
 612 }
 613
 614 struct mtx *
 615 thread_lock_block(struct thread *td)
 616 {
 617         struct mtx *lock;
 618
 619         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 620         lock = td->td_lock;
 621         td->td_lock = &blocked_lock;
 622         mtx_unlock_spin(lock);
 623
 624         return (lock);
 625 }
 626
 627 void
 628 thread_lock_unblock(struct thread *td, struct mtx *new)
 629 {
 630         mtx_assert(new, MA_OWNED);
 631         MPASS(td->td_lock == &blocked_lock);
 632         atomic_store_rel_ptr((volatile void *)&td->td_lock, (uintptr_t)new);
 633 }
 634
 635 void
 636 thread_lock_set(struct thread *td, struct mtx *new)
 637 {
 638         struct mtx *lock;
 639
 640         mtx_assert(new, MA_OWNED);
 641         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 642         lock = td->td_lock;
 643         td->td_lock = new;
 644         mtx_unlock_spin(lock);
 645 }
 646
 647 /*
 648  * _mtx_unlock_sleep: the tougher part of releasing an MTX_DEF lock.
 649  *
 650  * We are only called here if the lock is recursed or contested (i.e. we
 651  * need to wake up a blocked thread).
 652  */
 653 void
 654 _mtx_unlock_sleep(struct mtx *m, int opts, const char *file, int line)
 655 {
 656         struct turnstile *ts;
 657
 658         if (mtx_recursed(m)) {
 659                 if (--(m->mtx_recurse) == 0)
 660                         atomic_clear_ptr(&m->mtx_lock, MTX_RECURSED);
 661                 if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
 662                         CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_unlock_sleep: %p unrecurse", m);
 663                 return;
 664         }
 665
 666         /*
 667          * We have to lock the chain before the turnstile so this turnstile
 668          * can be removed from the hash list if it is empty.
 669          */
 670         turnstile_chain_lock(&m->lock_object);
 671         ts = turnstile_lookup(&m->lock_object);
 672         if (LOCK_LOG_TEST(&m->lock_object, opts))
 673                 CTR1(KTR_LOCK, "_mtx_unlock_sleep: %p contested", m);
 674         MPASS(ts != NULL);
 675         turnstile_broadcast(ts, TS_EXCLUSIVE_QUEUE);
 676         _release_lock_quick(m);
 677
 678         /*
 679          * This turnstile is now no longer associated with the mutex.  We can
 680          * unlock the chain lock so a new turnstile may take it's place.
 681          */
 682         turnstile_unpend(ts, TS_EXCLUSIVE_LOCK);
 683         turnstile_chain_unlock(&m->lock_object);
 684 }
 685
 686 /*
 687  * All the unlocking of MTX_SPIN locks is done inline.
 688  * See the _rel_spin_lock() macro for the details.
 689  */
 690
 691 /*
 692  * The backing function for the INVARIANTS-enabled mtx_assert()
 693  */
 694 #ifdef INVARIANT_SUPPORT
 695 void
 696 _mtx_assert(struct mtx *m, int what, const char *file, int line)
 697 {
 698
 699         if (panicstr != NULL || dumping)
 700                 return;
 701         switch (what) {
 702         case MA_OWNED:
 703         case MA_OWNED | MA_RECURSED:
 704         case MA_OWNED | MA_NOTRECURSED:
 705                 if (!mtx_owned(m))
 706                         panic("mutex %s not owned at %s:%d",
 707                             m->lock_object.lo_name, file, line);
 708                 if (mtx_recursed(m)) {
 709                         if ((what & MA_NOTRECURSED) != 0)
 710                                 panic("mutex %s recursed at %s:%d",
 711                                     m->lock_object.lo_name, file, line);
 712                 } else if ((what & MA_RECURSED) != 0) {
 713                         panic("mutex %s unrecursed at %s:%d",
 714                             m->lock_object.lo_name, file, line);
 715                 }
 716                 break;
 717         case MA_NOTOWNED:
 718                 if (mtx_owned(m))
 719                         panic("mutex %s owned at %s:%d",
 720                             m->lock_object.lo_name, file, line);
 721                 break;
 722         default:
 723                 panic("unknown mtx_assert at %s:%d", file, line);
 724         }
 725 }
 726 #endif
 727
 728 /*
 729  * The MUTEX_DEBUG-enabled mtx_validate()
 730  *
 731  * Most of these checks have been moved off into the LO_INITIALIZED flag
 732  * maintained by the witness code.
 733  */
 734 #ifdef MUTEX_DEBUG
 735
 736 void    mtx_validate(struct mtx *);
 737
 738 void
 739 mtx_validate(struct mtx *m)
 740 {
 741
 742 /*
 743  * XXX: When kernacc() does not require Giant we can reenable this check
 744  */
 745 #ifdef notyet
 746         /*
 747          * Can't call kernacc() from early init386(), especially when
 748          * initializing Giant mutex, because some stuff in kernacc()
 749          * requires Giant itself.
 750          */
 751         if (!cold)
 752                 if (!kernacc((caddr_t)m, sizeof(m),
 753                     VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE))
 754                         panic("Can't read and write to mutex %p", m);
 755 #endif
 756 }
 757 #endif
 758
 759 /*
 760  * General init routine used by the MTX_SYSINIT() macro.
 761  */
 762 void
 763 mtx_sysinit(void *arg)
 764 {
 765         struct mtx_args *margs = arg;
 766
 767         mtx_init(margs->ma_mtx, margs->ma_desc, NULL, margs->ma_opts);
 768 }
 769
 770 /*
 771  * Mutex initialization routine; initialize lock `m' of type contained in
 772  * `opts' with options contained in `opts' and name `name.'  The optional
 773  * lock type `type' is used as a general lock category name for use with
 774  * witness.
 775  */
 776 void
 777 mtx_init(struct mtx *m, const char *name, const char *type, int opts)
 778 {
 779         struct lock_class *class;
 780         int flags;
 781
 782         MPASS((opts & ~(MTX_SPIN | MTX_QUIET | MTX_RECURSE |
 783                 MTX_NOWITNESS | MTX_DUPOK | MTX_NOPROFILE)) == 0);
 784         ASSERT_ATOMIC_LOAD_PTR(m->mtx_lock,
 785             ("%s: mtx_lock not aligned for %s: %p", __func__, name,
 786             &m->mtx_lock));
 787
 788 #ifdef MUTEX_DEBUG
 789         /* Diagnostic and error correction */
 790         mtx_validate(m);
 791 #endif
 792
 793         /* Determine lock class and lock flags. */
 794         if (opts & MTX_SPIN)
 795                 class = &lock_class_mtx_spin;
 796         else
 797                 class = &lock_class_mtx_sleep;
 798         flags = 0;
 799         if (opts & MTX_QUIET)
 800                 flags |= LO_QUIET;
 801         if (opts & MTX_RECURSE)
 802                 flags |= LO_RECURSABLE;
 803         if ((opts & MTX_NOWITNESS) == 0)
 804                 flags |= LO_WITNESS;
 805         if (opts & MTX_DUPOK)
 806                 flags |= LO_DUPOK;
 807         if (opts & MTX_NOPROFILE)
 808                 flags |= LO_NOPROFILE;
 809
 810         /* Initialize mutex. */
 811         m->mtx_lock = MTX_UNOWNED;
 812         m->mtx_recurse = 0;
 813
 814         lock_init(&m->lock_object, class, name, type, flags);
 815 }
 816
 817 /*
 818  * Remove lock `m' from all_mtx queue.  We don't allow MTX_QUIET to be
 819  * passed in as a flag here because if the corresponding mtx_init() was
 820  * called with MTX_QUIET set, then it will already be set in the mutex's
 821  * flags.
 822  */
 823 void
 824 mtx_destroy(struct mtx *m)
 825 {
 826
 827         if (!mtx_owned(m))
 828                 MPASS(mtx_unowned(m));
 829         else {
 830                 MPASS((m->mtx_lock & (MTX_RECURSED|MTX_CONTESTED)) == 0);
 831
 832                 /* Perform the non-mtx related part of mtx_unlock_spin(). */
 833                 if (LOCK_CLASS(&m->lock_object) == &lock_class_mtx_spin)
 834                         spinlock_exit();
 835                 else
 836                         curthread->td_locks--;
 837
 838                 lock_profile_release_lock(&m->lock_object);
 839                 /* Tell witness this isn't locked to make it happy. */
 840                 WITNESS_UNLOCK(&m->lock_object, LOP_EXCLUSIVE, __FILE__,
 841                     __LINE__);
 842         }
 843
 844         m->mtx_lock = MTX_DESTROYED;
 845         lock_destroy(&m->lock_object);
 846 }
 847
 848 /*
 849  * Intialize the mutex code and system mutexes.  This is called from the MD
 850  * startup code prior to mi_startup().  The per-CPU data space needs to be
 851  * setup before this is called.
 852  */
 853 void
 854 mutex_init(void)
 855 {
 856
 857         /* Setup turnstiles so that sleep mutexes work. */
 858         init_turnstiles();
 859
 860         /*
 861          * Initialize mutexes.
 862          */
 863         mtx_init(&Giant, "Giant", NULL, MTX_DEF | MTX_RECURSE);
 864         mtx_init(&blocked_lock, "blocked lock", NULL, MTX_SPIN);
 865         blocked_lock.mtx_lock = 0xdeadc0de;     /* Always blocked. */
 866         mtx_init(&proc0.p_mtx, "process lock", NULL, MTX_DEF | MTX_DUPOK);
 867         mtx_init(&proc0.p_slock, "process slock", NULL, MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
 868         mtx_init(&devmtx, "cdev", NULL, MTX_DEF);
 869         mtx_lock(&Giant);
 870 }
 871
 872 #ifdef DDB
 873 void
 874 db_show_mtx(struct lock_object *lock)
 875 {
 876         struct thread *td;
 877         struct mtx *m;
 878
 879         m = (struct mtx *)lock;
 880
 881         db_printf(" flags: {");
 882         if (LOCK_CLASS(lock) == &lock_class_mtx_spin)
 883                 db_printf("SPIN");
 884         else
 885                 db_printf("DEF");
 886         if (m->lock_object.lo_flags & LO_RECURSABLE)
 887                 db_printf(", RECURSE");
 888         if (m->lock_object.lo_flags & LO_DUPOK)
 889                 db_printf(", DUPOK");
 890         db_printf("}\n");
 891         db_printf(" state: {");
 892         if (mtx_unowned(m))
 893                 db_printf("UNOWNED");
 894         else if (mtx_destroyed(m))
 895                 db_printf("DESTROYED");
 896         else {
 897                 db_printf("OWNED");
 898                 if (m->mtx_lock & MTX_CONTESTED)
 899                         db_printf(", CONTESTED");
 900                 if (m->mtx_lock & MTX_RECURSED)
 901                         db_printf(", RECURSED");
 902         }
 903         db_printf("}\n");
 904         if (!mtx_unowned(m) && !mtx_destroyed(m)) {
 905                 td = mtx_owner(m);
 906                 db_printf(" owner: %p (tid %d, pid %d, \"%s\")\n", td,
 907                     td->td_tid, td->td_proc->p_pid, td->td_name);
 908                 if (mtx_recursed(m))
 909                         db_printf(" recursed: %d\n", m->mtx_recurse);
 910         }
 911 }
 912 #endif