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)(const struct lock_object *lock, int what);
  62         void            (*lc_ddb_show)(const struct lock_object *lock);
  63         void            (*lc_lock)(struct lock_object *lock, uintptr_t how);
  64         int             (*lc_owner)(const struct lock_object *lock,
  65                             struct thread **owner);
  66         uintptr_t       (*lc_unlock)(struct lock_object *lock);
  67 };
  68
  69 #define LC_SLEEPLOCK    0x00000001      /* Sleep lock. */
  70 #define LC_SPINLOCK     0x00000002      /* Spin lock. */
  71 #define LC_SLEEPABLE    0x00000004      /* Sleeping allowed with this lock. */
  72 #define LC_RECURSABLE   0x00000008      /* Locks of this type may recurse. */
  73 #define LC_UPGRADABLE   0x00000010      /* Upgrades and downgrades permitted. */
  74
  75 #define LO_CLASSFLAGS   0x0000ffff      /* Class specific flags. */
  76 #define LO_INITIALIZED  0x00010000      /* Lock has been initialized. */
  77 #define LO_WITNESS      0x00020000      /* Should witness monitor this lock. */
  78 #define LO_QUIET        0x00040000      /* Don't log locking operations. */
  79 #define LO_RECURSABLE   0x00080000      /* Lock may recurse. */
  80 #define LO_SLEEPABLE    0x00100000      /* Lock may be held while sleeping. */
  81 #define LO_UPGRADABLE   0x00200000      /* Lock may be upgraded/downgraded. */
  82 #define LO_DUPOK        0x00400000      /* Don't check for duplicate acquires */
  83 #define LO_IS_VNODE     0x00800000      /* Tell WITNESS about a VNODE lock */
  84 #define LO_CLASSMASK    0x0f000000      /* Class index bitmask. */
  85 #define LO_NOPROFILE    0x10000000      /* Don't profile this lock */
  86 #define LO_NEW          0x20000000      /* Don't check for double-init */
  87
  88 /*
  89  * Lock classes are statically assigned an index into the gobal lock_classes
  90  * array.  Debugging code looks up the lock class for a given lock object
  91  * by indexing the array.
  92  */
  93 #define LO_CLASSSHIFT           24
  94 #define LO_CLASSINDEX(lock)     ((((lock)->lo_flags) & LO_CLASSMASK) >> LO_CLASSSHIFT)
  95 #define LOCK_CLASS(lock)        (lock_classes[LO_CLASSINDEX((lock))])
  96 #define LOCK_CLASS_MAX          (LO_CLASSMASK >> LO_CLASSSHIFT)
  97
  98 /*
  99  * Option flags passed to lock operations that witness also needs to know
 100  * about or that are generic across all locks.
 101  */
 102 #define LOP_NEWORDER    0x00000001      /* Define a new lock order. */
 103 #define LOP_QUIET       0x00000002      /* Don't log locking operations. */
 104 #define LOP_TRYLOCK     0x00000004      /* Don't check lock order. */
 105 #define LOP_EXCLUSIVE   0x00000008      /* Exclusive lock. */
 106 #define LOP_DUPOK       0x00000010      /* Don't check for duplicate acquires */
 107
 108 /* Flags passed to witness_assert. */
 109 #define LA_MASKASSERT   0x000000ff      /* Mask for witness defined asserts. */
 110 #define LA_UNLOCKED     0x00000000      /* Lock is unlocked. */
 111 #define LA_LOCKED       0x00000001      /* Lock is at least share locked. */
 112 #define LA_SLOCKED      0x00000002      /* Lock is exactly share locked. */
 113 #define LA_XLOCKED      0x00000004      /* Lock is exclusively locked. */
 114 #define LA_RECURSED     0x00000008      /* Lock is recursed. */
 115 #define LA_NOTRECURSED  0x00000010      /* Lock is not recursed. */
 116
 117 #ifdef _KERNEL
 118 /*
 119  * If any of WITNESS, INVARIANTS, or KTR_LOCK KTR tracing has been enabled,
 120  * then turn on LOCK_DEBUG.  When this option is on, extra debugging
 121  * facilities such as tracking the file and line number of lock operations
 122  * are enabled.  Also, mutex locking operations are not inlined to avoid
 123  * bloat from all the extra debugging code.  We also have to turn on all the
 124  * calling conventions for this debugging code in modules so that modules can
 125  * work with both debug and non-debug kernels.
 126  */
 127 #if defined(KLD_MODULE) || defined(WITNESS) || defined(INVARIANTS) || defined(INVARIANT_SUPPORT) || defined(KTR) || defined(LOCK_PROFILING)
 128 #define LOCK_DEBUG      1
 129 #else
 130 #define LOCK_DEBUG      0
 131 #endif
 132
 133 /*
 134  * In the LOCK_DEBUG case, use the filename and line numbers for debugging
 135  * operations.  Otherwise, use default values to avoid the unneeded bloat.
 136  */
 137 #if LOCK_DEBUG > 0
 138 #define LOCK_FILE       __FILE__
 139 #define LOCK_LINE       __LINE__
 140 #else
 141 #define LOCK_FILE       NULL
 142 #define LOCK_LINE       0
 143 #endif
 144
 145 /*
 146  * Macros for KTR_LOCK tracing.
 147  *
 148  * opname  - name of this operation (LOCK/UNLOCK/SLOCK, etc.)
 149  * lo      - struct lock_object * for this lock
 150  * flags   - flags passed to the lock operation
 151  * recurse - this locks recursion level (or 0 if class is not recursable)
 152  * result  - result of a try lock operation
 153  * file    - file name
 154  * line    - line number
 155  */
 156 #define LOCK_LOG_TEST(lo, flags)                                        \
 157         (((flags) & LOP_QUIET) == 0 && ((lo)->lo_flags & LO_QUIET) == 0)
 158
 159 #define LOCK_LOG_LOCK(opname, lo, flags, recurse, file, line) do {      \
 160         if (LOCK_LOG_TEST((lo), (flags)))                               \
 161                 CTR6(KTR_LOCK, opname " (%s) %s %p r = %d at %s:%d",    \
 162                     LOCK_CLASS(lo)->lc_name, (lo)->lo_name,             \
 163                     (lo), (u_int)(recurse), (file), (line));            \
 164 } while (0)
 165
 166 #define LOCK_LOG_TRY(opname, lo, flags, result, file, line) do {        \
 167         if (LOCK_LOG_TEST((lo), (flags)))                               \
 168                 CTR6(KTR_LOCK, "TRY_" opname " (%s) %s %p result=%d at %s:%d",\
 169                     LOCK_CLASS(lo)->lc_name, (lo)->lo_name,             \
 170                     (lo), (u_int)(result), (file), (line));             \
 171 } while (0)
 172
 173 #define LOCK_LOG_INIT(lo, flags) do {                                   \
 174         if (LOCK_LOG_TEST((lo), (flags)))                               \
 175                 CTR4(KTR_LOCK, "%s: %p (%s) %s", __func__, (lo),        \
 176                     LOCK_CLASS(lo)->lc_name, (lo)->lo_name);            \
 177 } while (0)
 178
 179 #define LOCK_LOG_DESTROY(lo, flags)     LOCK_LOG_INIT(lo, flags)
 180
 181 #define lock_initalized(lo)     ((lo)->lo_flags & LO_INITIALIZED)
 182
 183 /*
 184  * Helpful macros for quickly coming up with assertions with informative
 185  * panic messages.
 186  */
 187 #define MPASS(ex)               MPASS4(ex, #ex, __FILE__, __LINE__)
 188 #define MPASS2(ex, what)        MPASS4(ex, what, __FILE__, __LINE__)
 189 #define MPASS3(ex, file, line)  MPASS4(ex, #ex, file, line)
 190 #define MPASS4(ex, what, file, line)                                    \
 191         KASSERT((ex), ("Assertion %s failed at %s:%d", what, file, line))
 192
 193 extern struct lock_class lock_class_mtx_sleep;
 194 extern struct lock_class lock_class_mtx_spin;
 195 extern struct lock_class lock_class_sx;
 196 extern struct lock_class lock_class_rw;
 197 extern struct lock_class lock_class_rm;
 198 extern struct lock_class lock_class_rm_sleepable;
 199 extern struct lock_class lock_class_lockmgr;
 200
 201 extern struct lock_class *lock_classes[];
 202
 203 struct lock_delay_config {
 204         u_int initial;
 205         u_int step;
 206         u_int min;
 207         u_int max;
 208 };
 209
 210 struct lock_delay_arg {
 211         struct lock_delay_config *config;
 212         u_int delay;
 213         u_int spin_cnt;
 214 };
 215
 216 static inline void
 217 lock_delay_arg_init(struct lock_delay_arg *la, struct lock_delay_config *lc) {
 218         la->config = lc;
 219         la->delay = 0;
 220         la->spin_cnt = 0;
 221 }
 222
 223 #define LOCK_DELAY_SYSINIT(func) \
 224         SYSINIT(func##_ld, SI_SUB_LOCK, SI_ORDER_ANY, func, NULL)
 225
 226 void    lock_init(struct lock_object *, struct lock_class *,
 227             const char *, const char *, int);
 228 void    lock_destroy(struct lock_object *);
 229 void    lock_delay(struct lock_delay_arg *);
 230 void    spinlock_enter(void);
 231 void    spinlock_exit(void);
 232 void    witness_init(struct lock_object *, const char *);
 233 void    witness_destroy(struct lock_object *);
 234 int     witness_defineorder(struct lock_object *, struct lock_object *);
 235 void    witness_checkorder(struct lock_object *, int, const char *, int,
 236             struct lock_object *);
 237 void    witness_lock(struct lock_object *, int, const char *, int);
 238 void    witness_upgrade(struct lock_object *, int, const char *, int);
 239 void    witness_downgrade(struct lock_object *, int, const char *, int);
 240 void    witness_unlock(struct lock_object *, int, const char *, int);
 241 void    witness_save(struct lock_object *, const char **, int *);
 242 void    witness_restore(struct lock_object *, const char *, int);
 243 int     witness_list_locks(struct lock_list_entry **,
 244             int (*)(const char *, ...));
 245 int     witness_warn(int, struct lock_object *, const char *, ...);
 246 void    witness_assert(const struct lock_object *, int, const char *, int);
 247 void    witness_display_spinlock(struct lock_object *, struct thread *,
 248             int (*)(const char *, ...));
 249 int     witness_line(struct lock_object *);
 250 void    witness_norelease(struct lock_object *);
 251 void    witness_releaseok(struct lock_object *);
 252 const char *witness_file(struct lock_object *);
 253 void    witness_thread_exit(struct thread *);
 254
 255 #ifdef  WITNESS
 256
 257 /* Flags for witness_warn(). */
 258 #define WARN_GIANTOK    0x01    /* Giant is exempt from this check. */
 259 #define WARN_PANIC      0x02    /* Panic if check fails. */
 260 #define WARN_SLEEPOK    0x04    /* Sleepable locks are exempt from check. */
 261
 262 #define WITNESS_INIT(lock, type)                                        \
 263         witness_init((lock), (type))
 264
 265 #define WITNESS_DESTROY(lock)                                           \
 266         witness_destroy(lock)
 267
 268 #define WITNESS_CHECKORDER(lock, flags, file, line, interlock)          \
 269         witness_checkorder((lock), (flags), (file), (line), (interlock))
 270
 271 #define WITNESS_DEFINEORDER(lock1, lock2)                               \
 272         witness_defineorder((struct lock_object *)(lock1),              \
 273             (struct lock_object *)(lock2))
 274
 275 #define WITNESS_LOCK(lock, flags, file, line)                           \
 276         witness_lock((lock), (flags), (file), (line))
 277
 278 #define WITNESS_UPGRADE(lock, flags, file, line)                        \
 279         witness_upgrade((lock), (flags), (file), (line))
 280
 281 #define WITNESS_DOWNGRADE(lock, flags, file, line)                      \
 282         witness_downgrade((lock), (flags), (file), (line))
 283
 284 #define WITNESS_UNLOCK(lock, flags, file, line)                         \
 285         witness_unlock((lock), (flags), (file), (line))
 286
 287 #define WITNESS_CHECK(flags, lock, fmt, ...)                            \
 288         witness_warn((flags), (lock), (fmt), ## __VA_ARGS__)
 289
 290 #define WITNESS_WARN(flags, lock, fmt, ...)                             \
 291         witness_warn((flags), (lock), (fmt), ## __VA_ARGS__)
 292
 293 #define WITNESS_SAVE_DECL(n)                                            \
 294         const char * __CONCAT(n, __wf);                                 \
 295         int __CONCAT(n, __wl)
 296
 297 #define WITNESS_SAVE(lock, n)                                           \
 298         witness_save((lock), &__CONCAT(n, __wf), &__CONCAT(n, __wl))
 299
 300 #define WITNESS_RESTORE(lock, n)                                        \
 301         witness_restore((lock), __CONCAT(n, __wf), __CONCAT(n, __wl))
 302
 303 #define WITNESS_NORELEASE(lock)                                         \
 304         witness_norelease(&(lock)->lock_object)
 305
 306 #define WITNESS_RELEASEOK(lock)                                         \
 307         witness_releaseok(&(lock)->lock_object)
 308
 309 #define WITNESS_FILE(lock)                                              \
 310         witness_file(lock)
 311
 312 #define WITNESS_LINE(lock)                                              \
 313         witness_line(lock)
 314
 315 #else   /* WITNESS */
 316 #define WITNESS_INIT(lock, type)                                (void)0
 317 #define WITNESS_DESTROY(lock)                                   (void)0
 318 #define WITNESS_DEFINEORDER(lock1, lock2)       0
 319 #define WITNESS_CHECKORDER(lock, flags, file, line, interlock)  (void)0
 320 #define WITNESS_LOCK(lock, flags, file, line)                   (void)0
 321 #define WITNESS_UPGRADE(lock, flags, file, line)                (void)0
 322 #define WITNESS_DOWNGRADE(lock, flags, file, line)              (void)0
 323 #define WITNESS_UNLOCK(lock, flags, file, line)                 (void)0
 324 #define WITNESS_CHECK(flags, lock, fmt, ...)    0
 325 #define WITNESS_WARN(flags, lock, fmt, ...)                     (void)0
 326 #define WITNESS_SAVE_DECL(n)                                    (void)0
 327 #define WITNESS_SAVE(lock, n)                                   (void)0
 328 #define WITNESS_RESTORE(lock, n)                                (void)0
 329 #define WITNESS_NORELEASE(lock)                                 (void)0
 330 #define WITNESS_RELEASEOK(lock)                                 (void)0
 331 #define WITNESS_FILE(lock) ("?")
 332 #define WITNESS_LINE(lock) (0)
 333 #endif  /* WITNESS */
 334
 335 #endif  /* _KERNEL */
 336 #endif  /* _SYS_LOCK_H_ */