kernel - Optimize the x86-64 lwbuf API
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_umtx.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 2003,2004,2010 The DragonFly Project.  All rights reserved.
5  * 
6  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
7  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com> and David Xu <davidxu@freebsd.org>
8  * 
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
17  *    the documentation and/or other materials provided with the
18  *    distribution.
19  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
20  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
21  *    from this software without specific, prior written permission.
22  * 
23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
24  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
25  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
26  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
27  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
28  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
29  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
30  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
31  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
32  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
33  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  * 
36  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_umtx.c,v 1.9 2008/05/09 07:24:45 dillon Exp $
37  */
38
39 /*
40  * This module implements userland mutex helper functions.  umtx_sleep()
41  * handling blocking and umtx_wakeup() handles wakeups.  The sleep/wakeup
42  * functions operate on user addresses.
43  */
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/kernel.h>
48 #include <sys/sysproto.h>
49 #include <sys/sysunion.h>
50 #include <sys/sysent.h>
51 #include <sys/syscall.h>
52 #include <sys/module.h>
53
54 #include <cpu/lwbuf.h>
55
56 #include <vm/vm.h>
57 #include <vm/vm_param.h>
58 #include <sys/lock.h>
59 #include <vm/pmap.h>
60 #include <vm/vm_map.h>
61 #include <vm/vm_object.h>
62 #include <vm/vm_page.h>
63 #include <vm/vm_pager.h>
64 #include <vm/vm_pageout.h>
65 #include <vm/vm_extern.h>
66 #include <vm/vm_page.h>
67 #include <vm/vm_kern.h>
68
69 #include <vm/vm_page2.h>
70
71 static void umtx_sleep_page_action_cow(vm_page_t m, vm_page_action_t action);
72
73 /*
74  * If the contents of the userland-supplied pointer matches the specified
75  * value enter an interruptable sleep for up to <timeout> microseconds.
76  * If the contents does not match then return immediately.
77  *
78  * Returns 0 if we slept and were woken up, -1 and EWOULDBLOCK if we slept
79  * and timed out, and EBUSY if the contents of the pointer already does
80  * not match the specified value.  A timeout of 0 indicates an unlimited sleep.
81  * EINTR is returned if the call was interrupted by a signal (even if
82  * the signal specifies that the system call should restart).
83  *
84  * This function interlocks against call to umtx_wakeup.  It does NOT interlock
85  * against changes in *ptr.  However, it does not have to.  The standard use
86  * of *ptr is to differentiate between an uncontested and a contested mutex
87  * and call umtx_wakeup when releasing a contested mutex.  Therefore we can
88  * safely race against changes in *ptr as long as we are properly interlocked
89  * against the umtx_wakeup() call.
90  *
91  * The VM page associated with the mutex is held in an attempt to keep
92  * the mutex's physical address consistent, allowing umtx_sleep() and
93  * umtx_wakeup() to use the physical address as their rendezvous.  BUT
94  * situations can arise where the physical address may change, particularly
95  * if a threaded program fork()'s and the mutex's memory becomes
96  * copy-on-write.  We register an event on the VM page to catch COWs.
97  *
98  * umtx_sleep { const int *ptr, int value, int timeout }
99  */
100 int
101 sys_umtx_sleep(struct umtx_sleep_args *uap)
102 {
103     struct lwbuf lwb_cache;
104     struct lwbuf *lwb;
105     struct vm_page_action action;
106     vm_page_t m;
107     void *waddr;
108     int offset;
109     int timeout;
110     int error = EBUSY;
111
112     if (uap->timeout < 0)
113         return (EINVAL);
114     if ((vm_offset_t)uap->ptr & (sizeof(int) - 1))
115         return (EFAULT);
116
117     /*
118      * When faulting in the page, force any COW pages to be resolved.
119      * Otherwise the physical page we sleep on my not match the page
120      * being woken up.
121      */
122     lwkt_gettoken(&vm_token);
123     m = vm_fault_page_quick((vm_offset_t)uap->ptr, VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE, &error);
124     if (m == NULL) {
125         error = EFAULT;
126         goto done;
127     }
128     lwb = lwbuf_alloc(m, &lwb_cache);
129     offset = (vm_offset_t)uap->ptr & PAGE_MASK;
130
131     /*
132      * The critical section is required to interlock the tsleep against
133      * a wakeup from another cpu.  The lfence forces synchronization.
134      */
135     if (*(int *)(lwbuf_kva(lwb) + offset) == uap->value) {
136         if ((timeout = uap->timeout) != 0) {
137             timeout = (timeout / 1000000) * hz +
138                       ((timeout % 1000000) * hz + 999999) / 1000000;
139         }
140         waddr = (void *)((intptr_t)VM_PAGE_TO_PHYS(m) + offset);
141         crit_enter();
142         tsleep_interlock(waddr, PCATCH | PDOMAIN_UMTX);
143         if (*(int *)(lwbuf_kva(lwb) + offset) == uap->value) {
144             vm_page_init_action(m, &action, umtx_sleep_page_action_cow, waddr);
145             vm_page_register_action(&action, VMEVENT_COW);
146             error = tsleep(waddr, PCATCH | PINTERLOCKED | PDOMAIN_UMTX,
147                            "umtxsl", timeout);
148             vm_page_unregister_action(&action);
149         } else {
150             error = EBUSY;
151         }
152         crit_exit();
153         /* Always break out in case of signal, even if restartable */
154         if (error == ERESTART)
155                 error = EINTR;
156     } else {
157         error = EBUSY;
158     }
159
160     lwbuf_free(lwb);
161     /*vm_page_dirty(m); we don't actually dirty the page */
162     vm_page_unhold(m);
163 done:
164     lwkt_reltoken(&vm_token);
165     return(error);
166 }
167
168 /*
169  * If this page is being copied it may no longer represent the page
170  * underlying our virtual address.  Wake up any umtx_sleep()'s
171  * that were waiting on its physical address to force them to retry.
172  */
173 static void
174 umtx_sleep_page_action_cow(vm_page_t m, vm_page_action_t action)
175 {
176     lwkt_gettoken(&vm_token);
177     wakeup_domain(action->data, PDOMAIN_UMTX);
178     lwkt_reltoken(&vm_token);
179 }
180
181 /*
182  * umtx_wakeup { const int *ptr, int count }
183  *
184  * Wakeup the specified number of processes held in umtx_sleep() on the
185  * specified user address.  A count of 0 wakes up all waiting processes.
186  *
187  * XXX assumes that the physical address space does not exceed the virtual
188  * address space.
189  */
190 int
191 sys_umtx_wakeup(struct umtx_wakeup_args *uap)
192 {
193     vm_page_t m;
194     int offset;
195     int error;
196     void *waddr;
197
198     cpu_mfence();
199     if ((vm_offset_t)uap->ptr & (sizeof(int) - 1))
200         return (EFAULT);
201     lwkt_gettoken(&vm_token);
202     m = vm_fault_page_quick((vm_offset_t)uap->ptr, VM_PROT_READ, &error);
203     if (m == NULL) {
204         error = EFAULT;
205         goto done;
206     }
207     offset = (vm_offset_t)uap->ptr & PAGE_MASK;
208     waddr = (void *)((intptr_t)VM_PAGE_TO_PHYS(m) + offset);
209
210     if (uap->count == 1) {
211         wakeup_domain_one(waddr, PDOMAIN_UMTX);
212     } else {
213         /* XXX wakes them all up for now */
214         wakeup_domain(waddr, PDOMAIN_UMTX);
215     }
216     vm_page_unhold(m);
217     error = 0;
218 done:
219     lwkt_reltoken(&vm_token);
220     return(error);
221 }
222