sys/sys/lock.h

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1997 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.h,v 2.7.2.35 2000/04/27 03:10:26 cp
  29  * $FreeBSD$
  30  */
  31
  32 #ifndef _SYS_LOCK_H_
  33 #define _SYS_LOCK_H_
  34
  35 #include <sys/queue.h>
  36 #include <sys/_lock.h>
  37
  38 struct lock_list_entry;
  39 struct thread;
  40
  41 /*
  42  * Lock classes.  Each lock has a class which describes characteristics
  43  * common to all types of locks of a given class.
  44  *
  45  * Spin locks in general must always protect against preemption, as it is
  46  * an error to perform any type of context switch while holding a spin lock.
  47  * Also, for an individual lock to be recursable, its class must allow
  48  * recursion and the lock itself must explicitly allow recursion.
  49  *
  50  * The 'lc_ddb_show' function pointer is used to dump class-specific
  51  * data for the 'show lock' DDB command.  The 'lc_lock' and
  52  * 'lc_unlock' function pointers are used in sleep(9) and cv_wait(9)
  53  * to lock and unlock locks while blocking on a sleep queue.  The
  54  * return value of 'lc_unlock' will be passed to 'lc_lock' on resume
  55  * to allow communication of state between the two routines.
  56  */
  57
  58 struct lock_class {
  59         const   char *lc_name;
  60         u_int   lc_flags;
  61         void    (*lc_assert)(struct lock_object *lock, int what);
  62         void    (*lc_ddb_show)(struct lock_object *lock);
  63         void    (*lc_lock)(struct lock_object *lock, int how);
  64         int     (*lc_owner)(struct lock_object *lock, struct thread **owner);
  65         int     (*lc_unlock)(struct lock_object *lock);
  66 };
  67
  68 #define LC_SLEEPLOCK    0x00000001      /* Sleep lock. */
  69 #define LC_SPINLOCK     0x00000002      /* Spin lock. */
  70 #define LC_SLEEPABLE    0x00000004      /* Sleeping allowed with this lock. */
  71 #define LC_RECURSABLE   0x00000008      /* Locks of this type may recurse. */
  72 #define LC_UPGRADABLE   0x00000010      /* Upgrades and downgrades permitted. */
  73
  74 #define LO_CLASSFLAGS   0x0000ffff      /* Class specific flags. */
  75 #define LO_INITIALIZED  0x00010000      /* Lock has been initialized. */
  76 #define LO_WITNESS      0x00020000      /* Should witness monitor this lock. */
  77 #define LO_QUIET        0x00040000      /* Don't log locking operations. */
  78 #define LO_RECURSABLE   0x00080000      /* Lock may recurse. */
  79 #define LO_SLEEPABLE    0x00100000      /* Lock may be held while sleeping. */
  80 #define LO_UPGRADABLE   0x00200000      /* Lock may be upgraded/downgraded. */
  81 #define LO_DUPOK        0x00400000      /* Don't check for duplicate acquires */
  82 #define LO_CLASSMASK    0x0f000000      /* Class index bitmask. */
  83 #define LO_NOPROFILE    0x10000000      /* Don't profile this lock */
  84
  85 /*
  86  * Lock classes are statically assigned an index into the gobal lock_classes
  87  * array.  Debugging code looks up the lock class for a given lock object
  88  * by indexing the array.
  89  */
  90 #define LO_CLASSSHIFT           24
  91 #define LO_CLASSINDEX(lock)     ((((lock)->lo_flags) & LO_CLASSMASK) >> LO_CLASSSHIFT)
  92 #define LOCK_CLASS(lock)        (lock_classes[LO_CLASSINDEX((lock))])
  93 #define LOCK_CLASS_MAX          (LO_CLASSMASK >> LO_CLASSSHIFT)
  94
  95 /*
  96  * Option flags passed to lock operations that witness also needs to know
  97  * about or that are generic across all locks.
  98  */
  99 #define LOP_NEWORDER    0x00000001      /* Define a new lock order. */
 100 #define LOP_QUIET       0x00000002      /* Don't log locking operations. */
 101 #define LOP_TRYLOCK     0x00000004      /* Don't check lock order. */
 102 #define LOP_EXCLUSIVE   0x00000008      /* Exclusive lock. */
 103 #define LOP_DUPOK       0x00000010      /* Don't check for duplicate acquires */
 104
 105 /* Flags passed to witness_assert. */
 106 #define LA_MASKASSERT   0x000000ff      /* Mask for witness defined asserts. */
 107 #define LA_UNLOCKED     0x00000000      /* Lock is unlocked. */
 108 #define LA_LOCKED       0x00000001      /* Lock is at least share locked. */
 109 #define LA_SLOCKED      0x00000002      /* Lock is exactly share locked. */
 110 #define LA_XLOCKED      0x00000004      /* Lock is exclusively locked. */
 111 #define LA_RECURSED     0x00000008      /* Lock is recursed. */
 112 #define LA_NOTRECURSED  0x00000010      /* Lock is not recursed. */
 113
 114 #ifdef _KERNEL
 115 /*
 116  * If any of WITNESS, INVARIANTS, or KTR_LOCK KTR tracing has been enabled,
 117  * then turn on LOCK_DEBUG.  When this option is on, extra debugging
 118  * facilities such as tracking the file and line number of lock operations
 119  * are enabled.  Also, mutex locking operations are not inlined to avoid
 120  * bloat from all the extra debugging code.  We also have to turn on all the
 121  * calling conventions for this debugging code in modules so that modules can
 122  * work with both debug and non-debug kernels.
 123  */
 124 #if defined(KLD_MODULE) || defined(WITNESS) || defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT) || defined(KTR) || defined(LOCK_PROFILING)
 125 #define LOCK_DEBUG      1
 126 #else
 127 #define LOCK_DEBUG      0
 128 #endif
 129
 130 /*
 131  * In the LOCK_DEBUG case, use the filename and line numbers for debugging
 132  * operations.  Otherwise, use default values to avoid the unneeded bloat.
 133  */
 134 #if LOCK_DEBUG > 0
 135 #define LOCK_FILE       __FILE__
 136 #define LOCK_LINE       __LINE__
 137 #else
 138 #define LOCK_FILE       NULL
 139 #define LOCK_LINE       0
 140 #endif
 141
 142 /*
 143  * Macros for KTR_LOCK tracing.
 144  *
 145  * opname  - name of this operation (LOCK/UNLOCK/SLOCK, etc.)
 146  * lo      - struct lock_object * for this lock
 147  * flags   - flags passed to the lock operation
 148  * recurse - this locks recursion level (or 0 if class is not recursable)
 149  * result  - result of a try lock operation
 150  * file    - file name
 151  * line    - line number
 152  */
 153 #define LOCK_LOG_TEST(lo, flags)                                        \
 154         (((flags) & LOP_QUIET) == 0 && ((lo)->lo_flags & LO_QUIET) == 0)
 155
 156 #define LOCK_LOG_LOCK(opname, lo, flags, recurse, file, line) do {      \
 157         if (LOCK_LOG_TEST((lo), (flags)))                               \
 158                 CTR6(KTR_LOCK, opname " (%s) %s %p r = %d at %s:%d",    \
 159                     LOCK_CLASS(lo)->lc_name, (lo)->lo_name,             \
 160                     (lo), (u_int)(recurse), (file), (line));            \
 161 } while (0)
 162
 163 #define LOCK_LOG_TRY(opname, lo, flags, result, file, line) do {        \
 164         if (LOCK_LOG_TEST((lo), (flags)))                               \
 165                 CTR6(KTR_LOCK, "TRY_" opname " (%s) %s %p result=%d at %s:%d",\
 166                     LOCK_CLASS(lo)->lc_name, (lo)->lo_name,             \
 167                     (lo), (u_int)(result), (file), (line));             \
 168 } while (0)
 169
 170 #define LOCK_LOG_INIT(lo, flags) do {                                   \
 171         if (LOCK_LOG_TEST((lo), (flags)))                               \
 172                 CTR4(KTR_LOCK, "%s: %p (%s) %s", __func__, (lo),        \
 173                     LOCK_CLASS(lo)->lc_name, (lo)->lo_name);            \
 174 } while (0)
 175
 176 #define LOCK_LOG_DESTROY(lo, flags)     LOCK_LOG_INIT(lo, flags)
 177
 178 #define lock_initalized(lo)     ((lo)->lo_flags & LO_INITIALIZED)
 179
 180 /*
 181  * Helpful macros for quickly coming up with assertions with informative
 182  * panic messages.
 183  */
 184 #define MPASS(ex)               MPASS4(ex, #ex, __FILE__, __LINE__)
 185 #define MPASS2(ex, what)        MPASS4(ex, what, __FILE__, __LINE__)
 186 #define MPASS3(ex, file, line)  MPASS4(ex, #ex, file, line)
 187 #define MPASS4(ex, what, file, line)                                    \
 188         KASSERT((ex), ("Assertion %s failed at %s:%d", what, file, line))
 189
 190 extern struct lock_class lock_class_mtx_sleep;
 191 extern struct lock_class lock_class_mtx_spin;
 192 extern struct lock_class lock_class_sx;
 193 extern struct lock_class lock_class_rw;
 194 extern struct lock_class lock_class_rm;
 195 extern struct lock_class lock_class_lockmgr;
 196
 197 extern struct lock_class *lock_classes[];
 198
 199 void    lock_init(struct lock_object *, struct lock_class *,
 200             const char *, const char *, int);
 201 void    lock_destroy(struct lock_object *);
 202 void    spinlock_enter(void);
 203 void    spinlock_exit(void);
 204 void    witness_init(struct lock_object *, const char *);
 205 void    witness_destroy(struct lock_object *);
 206 int     witness_defineorder(struct lock_object *, struct lock_object *);
 207 void    witness_checkorder(struct lock_object *, int, const char *, int,
 208             struct lock_object *);
 209 void    witness_lock(struct lock_object *, int, const char *, int);
 210 void    witness_upgrade(struct lock_object *, int, const char *, int);
 211 void    witness_downgrade(struct lock_object *, int, const char *, int);
 212 void    witness_unlock(struct lock_object *, int, const char *, int);
 213 void    witness_save(struct lock_object *, const char **, int *);
 214 void    witness_restore(struct lock_object *, const char *, int);
 215 int     witness_list_locks(struct lock_list_entry **,
 216             int (*)(const char *, ...));
 217 int     witness_warn(int, struct lock_object *, const char *, ...);
 218 void    witness_assert(struct lock_object *, int, const char *, int);
 219 void    witness_display_spinlock(struct lock_object *, struct thread *,
 220             int (*)(const char *, ...));
 221 int     witness_line(struct lock_object *);
 222 void    witness_norelease(struct lock_object *);
 223 void    witness_releaseok(struct lock_object *);
 224 const char *witness_file(struct lock_object *);
 225 void    witness_thread_exit(struct thread *);
 226
 227 #ifdef  WITNESS
 228
 229 /* Flags for witness_warn(). */
 230 #define WARN_GIANTOK    0x01    /* Giant is exempt from this check. */
 231 #define WARN_PANIC      0x02    /* Panic if check fails. */
 232 #define WARN_SLEEPOK    0x04    /* Sleepable locks are exempt from check. */
 233
 234 #define WITNESS_INIT(lock, type)                                        \
 235         witness_init((lock), (type))
 236
 237 #define WITNESS_DESTROY(lock)                                           \
 238         witness_destroy(lock)
 239
 240 #define WITNESS_CHECKORDER(lock, flags, file, line, interlock)          \
 241         witness_checkorder((lock), (flags), (file), (line), (interlock))
 242
 243 #define WITNESS_DEFINEORDER(lock1, lock2)                               \
 244         witness_defineorder((struct lock_object *)(lock1),              \
 245             (struct lock_object *)(lock2))
 246
 247 #define WITNESS_LOCK(lock, flags, file, line)                           \
 248         witness_lock((lock), (flags), (file), (line))
 249
 250 #define WITNESS_UPGRADE(lock, flags, file, line)                        \
 251         witness_upgrade((lock), (flags), (file), (line))
 252
 253 #define WITNESS_DOWNGRADE(lock, flags, file, line)                      \
 254         witness_downgrade((lock), (flags), (file), (line))
 255
 256 #define WITNESS_UNLOCK(lock, flags, file, line)                         \
 257         witness_unlock((lock), (flags), (file), (line))
 258
 259 #define WITNESS_CHECK(flags, lock, fmt, ...)                            \
 260         witness_warn((flags), (lock), (fmt), ## __VA_ARGS__)
 261
 262 #define WITNESS_WARN(flags, lock, fmt, ...)                             \
 263         witness_warn((flags), (lock), (fmt), ## __VA_ARGS__)
 264
 265 #define WITNESS_SAVE_DECL(n)                                            \
 266         const char * __CONCAT(n, __wf);                                 \
 267         int __CONCAT(n, __wl)
 268
 269 #define WITNESS_SAVE(lock, n)                                           \
 270         witness_save((lock), &__CONCAT(n, __wf), &__CONCAT(n, __wl))
 271
 272 #define WITNESS_RESTORE(lock, n)                                        \
 273         witness_restore((lock), __CONCAT(n, __wf), __CONCAT(n, __wl))
 274
 275 #define WITNESS_NORELEASE(lock)                                         \
 276         witness_norelease(&(lock)->lock_object)
 277
 278 #define WITNESS_RELEASEOK(lock)                                         \
 279         witness_releaseok(&(lock)->lock_object)
 280
 281 #define WITNESS_FILE(lock)                                              \
 282         witness_file(lock)
 283
 284 #define WITNESS_LINE(lock)                                              \
 285         witness_line(lock)
 286
 287 #else   /* WITNESS */
 288 #define WITNESS_INIT(lock, type)                                (void)0
 289 #define WITNESS_DESTROY(lock)                                   (void)0
 290 #define WITNESS_DEFINEORDER(lock1, lock2)       0
 291 #define WITNESS_CHECKORDER(lock, flags, file, line, interlock)  (void)0
 292 #define WITNESS_LOCK(lock, flags, file, line)                   (void)0
 293 #define WITNESS_UPGRADE(lock, flags, file, line)                (void)0
 294 #define WITNESS_DOWNGRADE(lock, flags, file, line)              (void)0
 295 #define WITNESS_UNLOCK(lock, flags, file, line)                 (void)0
 296 #define WITNESS_CHECK(flags, lock, fmt, ...)    0
 297 #define WITNESS_WARN(flags, lock, fmt, ...)                     (void)0
 298 #define WITNESS_SAVE_DECL(n)                                    (void)0
 299 #define WITNESS_SAVE(lock, n)                                   (void)0
 300 #define WITNESS_RESTORE(lock, n)                                (void)0
 301 #define WITNESS_NORELEASE(lock)                                 (void)0
 302 #define WITNESS_RELEASEOK(lock)                                 (void)0
 303 #define WITNESS_FILE(lock) ("?")
 304 #define WITNESS_LINE(lock) (0)
 305 #endif  /* WITNESS */
 306
 307 /*
 308  * Helper macros to allow developers to add explicit lock order checks
 309  * wherever they please without having to actually grab a lock to do so.
 310  */
 311 #define witness_check(l)                                                \
 312         WITNESS_CHECKORDER(&(l)->lock_object, LOP_EXCLUSIVE, LOCK_FILE, \
 313             LOCK_LINE, NULL)
 314
 315 #define witness_check_shared(l)                                         \
 316         WITNESS_CHECKORDER(&(l)->lock_object, 0, LOCK_FILE, LOCK_LINE, NULL)
 317
 318 #endif  /* _KERNEL */
 319 #endif  /* _SYS_LOCK_H_ */