sys/kern/lwkt_token.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003,2004,2009 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  */
  34
  35 /*
  36  * lwkt_token - Implement soft token locks.
  37  *
  38  * Tokens are locks which serialize a thread only while the thread is
  39  * running.  If the thread blocks all tokens are released, then reacquired
  40  * when the thread resumes.
  41  *
  42  * This implementation requires no critical sections or spin locks, but
  43  * does use atomic_cmpset_ptr().
  44  *
  45  * Tokens may be recursively acquired by the same thread.  However the
  46  * caller must be sure to release such tokens in reverse order.
  47  */
  48 #include <sys/param.h>
  49 #include <sys/systm.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/proc.h>
  52 #include <sys/rtprio.h>
  53 #include <sys/queue.h>
  54 #include <sys/sysctl.h>
  55 #include <sys/ktr.h>
  56 #include <sys/kthread.h>
  57 #include <machine/cpu.h>
  58 #include <sys/lock.h>
  59 #include <sys/caps.h>
  60 #include <sys/spinlock.h>
  61
  62 #include <sys/thread2.h>
  63 #include <sys/spinlock2.h>
  64 #include <sys/mplock2.h>
  65
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/vm_param.h>
  68 #include <vm/vm_kern.h>
  69 #include <vm/vm_object.h>
  70 #include <vm/vm_page.h>
  71 #include <vm/vm_map.h>
  72 #include <vm/vm_pager.h>
  73 #include <vm/vm_extern.h>
  74 #include <vm/vm_zone.h>
  75
  76 #include <machine/stdarg.h>
  77 #include <machine/smp.h>
  78
  79 extern int lwkt_sched_debug;
  80
  81 #ifndef LWKT_NUM_POOL_TOKENS
  82 #define LWKT_NUM_POOL_TOKENS    4001    /* prime number */
  83 #endif
  84
  85 static lwkt_token       pool_tokens[LWKT_NUM_POOL_TOKENS];
  86
  87 #define TOKEN_STRING    "REF=%p TOK=%p TD=%p"
  88 #define TOKEN_ARGS      lwkt_tokref_t ref, lwkt_token_t tok, struct thread *td
  89 #define CONTENDED_STRING        TOKEN_STRING " (contention started)"
  90 #define UNCONTENDED_STRING      TOKEN_STRING " (contention stopped)"
  91 #if !defined(KTR_TOKENS)
  92 #define KTR_TOKENS      KTR_ALL
  93 #endif
  94
  95 KTR_INFO_MASTER(tokens);
  96 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, fail, 0, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
  97 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, succ, 1, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
  98 #if 0
  99 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, release, 2, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
 100 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, remote, 3, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
 101 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, reqremote, 4, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
 102 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, reqfail, 5, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
 103 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, drain, 6, TOKEN_STRING, TOKEN_ARGS);
 104 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, contention_start, 7, CONTENDED_STRING, TOKEN_ARGS);
 105 KTR_INFO(KTR_TOKENS, tokens, contention_stop, 7, UNCONTENDED_STRING, TOKEN_ARGS);
 106 #endif
 107
 108 #define logtoken(name, ref)                                             \
 109         KTR_LOG(tokens_ ## name, ref, ref->tr_tok, curthread)
 110
 111 /*
 112  * Global tokens.  These replace the MP lock for major subsystem locking.
 113  * These tokens are initially used to lockup both global and individual
 114  * operations.
 115  *
 116  * Once individual structures get their own locks these tokens are used
 117  * only to protect global lists & other variables and to interlock
 118  * allocations and teardowns and such.
 119  *
 120  * The UP initializer causes token acquisition to also acquire the MP lock
 121  * for maximum compatibility.  The feature may be enabled and disabled at
 122  * any time, the MP state is copied to the tokref when the token is acquired
 123  * and will not race against sysctl changes.
 124  */
 125 struct lwkt_token mp_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(mp_token);
 126 struct lwkt_token pmap_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(pmap_token);
 127 struct lwkt_token dev_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(dev_token);
 128 struct lwkt_token vm_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(vm_token);
 129 struct lwkt_token vmspace_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(vmspace_token);
 130 struct lwkt_token kvm_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(kvm_token);
 131 struct lwkt_token proc_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(proc_token);
 132 struct lwkt_token tty_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(tty_token);
 133 struct lwkt_token vnode_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(vnode_token);
 134 struct lwkt_token vmobj_token = LWKT_TOKEN_INITIALIZER(vmobj_token);
 135
 136 static int lwkt_token_spin = 5;
 137 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, token_spin, CTLFLAG_RW,
 138     &lwkt_token_spin, 0, "Decontention spin loops");
 139 static int lwkt_token_delay = 0;
 140 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, token_delay, CTLFLAG_RW,
 141     &lwkt_token_delay, 0, "Decontention spin delay in ns");
 142
 143 /*
 144  * The collision count is bumped every time the LWKT scheduler fails
 145  * to acquire needed tokens in addition to a normal lwkt_gettoken()
 146  * stall.
 147  */
 148 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, mp_collisions, CTLFLAG_RW,
 149     &mp_token.t_collisions, 0, "Collision counter of mp_token");
 150 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, pmap_collisions, CTLFLAG_RW,
 151     &pmap_token.t_collisions, 0, "Collision counter of pmap_token");
 152 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, dev_collisions, CTLFLAG_RW,
 153     &dev_token.t_collisions, 0, "Collision counter of dev_token");
 154 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, vm_collisions, CTLFLAG_RW,
 155     &vm_token.t_collisions, 0, "Collision counter of vm_token");
 156 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, vmspace_collisions, CTLFLAG_RW,
 157     &vmspace_token.t_collisions, 0, "Collision counter of vmspace_token");
 158 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, kvm_collisions, CTLFLAG_RW,
 159     &kvm_token.t_collisions, 0, "Collision counter of kvm_token");
 160 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, proc_collisions, CTLFLAG_RW,
 161     &proc_token.t_collisions, 0, "Collision counter of proc_token");
 162 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, tty_collisions, CTLFLAG_RW,
 163     &tty_token.t_collisions, 0, "Collision counter of tty_token");
 164 SYSCTL_LONG(_lwkt, OID_AUTO, vnode_collisions, CTLFLAG_RW,
 165     &vnode_token.t_collisions, 0, "Collision counter of vnode_token");
 166
 167 #ifdef DEBUG_LOCKS_LATENCY
 168
 169 static long tokens_add_latency;
 170 SYSCTL_LONG(_debug, OID_AUTO, tokens_add_latency, CTLFLAG_RW,
 171             &tokens_add_latency, 0,
 172             "Add spinlock latency");
 173
 174 #endif
 175
 176
 177 static int _lwkt_getalltokens_sorted(thread_t td);
 178
 179 #ifdef SMP
 180 /*
 181  * Acquire the initial mplock
 182  *
 183  * (low level boot only)
 184  */
 185 void
 186 cpu_get_initial_mplock(void)
 187 {
 188         KKASSERT(mp_token.t_ref == NULL);
 189         if (lwkt_trytoken(&mp_token) == FALSE)
 190                 panic("cpu_get_initial_mplock");
 191 }
 192 #endif
 193
 194 /*
 195  * Return a pool token given an address.  Use a prime number to reduce
 196  * overlaps.
 197  */
 198 static __inline
 199 lwkt_token_t
 200 _lwkt_token_pool_lookup(void *ptr)
 201 {
 202         u_int i;
 203
 204         i = (u_int)(uintptr_t)ptr % LWKT_NUM_POOL_TOKENS;
 205         return(&pool_tokens[i]);
 206 }
 207
 208 /*
 209  * Initialize a tokref_t prior to making it visible in the thread's
 210  * token array.
 211  */
 212 static __inline
 213 void
 214 _lwkt_tokref_init(lwkt_tokref_t ref, lwkt_token_t tok, thread_t td, long excl)
 215 {
 216         ref->tr_tok = tok;
 217         ref->tr_count = excl;
 218         ref->tr_owner = td;
 219 }
 220
 221 /*
 222  * Attempt to acquire a shared or exclusive token.  Returns TRUE on success,
 223  * FALSE on failure.
 224  *
 225  * If TOK_EXCLUSIVE is set in mode we are attempting to get an exclusive
 226  * token, otherwise are attempting to get a shared token.
 227  *
 228  * If TOK_EXCLREQ is set in mode this is a blocking operation, otherwise
 229  * it is a non-blocking operation (for both exclusive or shared acquisions).
 230  */
 231 static __inline
 232 int
 233 _lwkt_trytokref(lwkt_tokref_t ref, thread_t td, long mode)
 234 {
 235         lwkt_token_t tok;
 236         lwkt_tokref_t oref;
 237         long count;
 238
 239         tok = ref->tr_tok;
 240         KASSERT(((mode & TOK_EXCLREQ) == 0 ||   /* non blocking */
 241                 td->td_gd->gd_intr_nesting_level == 0 ||
 242                 panic_cpu_gd == mycpu),
 243                 ("Attempt to acquire token %p not already "
 244                 "held in hard code section", tok));
 245
 246         if (mode & TOK_EXCLUSIVE) {
 247                 /*
 248                  * Attempt to get an exclusive token
 249                  */
 250                 for (;;) {
 251                         count = tok->t_count;
 252                         oref = tok->t_ref;      /* can be NULL */
 253                         cpu_ccfence();
 254                         if ((count & ~TOK_EXCLREQ) == 0) {
 255                                 /*
 256                                  * It is possible to get the exclusive bit.
 257                                  * We must clear TOK_EXCLREQ on successful
 258                                  * acquisition.
 259                                  */
 260                                 if (atomic_cmpset_long(&tok->t_count, count,
 261                                                        (count & ~TOK_EXCLREQ) |
 262                                                        TOK_EXCLUSIVE)) {
 263                                         KKASSERT(tok->t_ref == NULL);
 264                                         tok->t_ref = ref;
 265                                         return TRUE;
 266                                 }
 267                                 /* retry */
 268                         } else if ((count & TOK_EXCLUSIVE) &&
 269                                    oref >= &td->td_toks_base &&
 270                                    oref < td->td_toks_stop) {
 271                                 /*
 272                                  * Our thread already holds the exclusive
 273                                  * bit, we treat this tokref as a shared
 274                                  * token (sorta) to make the token release
 275                                  * code easier.
 276                                  *
 277                                  * NOTE: oref cannot race above if it
 278                                  *       happens to be ours, so we're good.
 279                                  *       But we must still have a stable
 280                                  *       variable for both parts of the
 281                                  *       comparison.
 282                                  *
 283                                  * NOTE: Since we already have an exclusive
 284                                  *       lock and don't need to check EXCLREQ
 285                                  *       we can just use an atomic_add here
 286                                  */
 287                                 atomic_add_long(&tok->t_count, TOK_INCR);
 288                                 ref->tr_count &= ~TOK_EXCLUSIVE;
 289                                 return TRUE;
 290                         } else if ((mode & TOK_EXCLREQ) &&
 291                                    (count & TOK_EXCLREQ) == 0) {
 292                                 /*
 293                                  * Unable to get the exclusive bit but being
 294                                  * asked to set the exclusive-request bit.
 295                                  * Since we are going to retry anyway just
 296                                  * set the bit unconditionally.
 297                                  */
 298                                 atomic_set_long(&tok->t_count, TOK_EXCLREQ);
 299                                 return FALSE;
 300                         } else {
 301                                 /*
 302                                  * Unable to get the exclusive bit and not
 303                                  * being asked to set the exclusive-request
 304                                  * (aka lwkt_trytoken()), or EXCLREQ was
 305                                  * already set.
 306                                  */
 307                                 cpu_pause();
 308                                 return FALSE;
 309                         }
 310                         /* retry */
 311                 }
 312         } else {
 313                 /*
 314                  * Attempt to get a shared token.  Note that TOK_EXCLREQ
 315                  * for shared tokens simply means the caller intends to
 316                  * block.  We never actually set the bit in tok->t_count.
 317                  */
 318                 for (;;) {
 319                         count = tok->t_count;
 320                         oref = tok->t_ref;      /* can be NULL */
 321                         cpu_ccfence();
 322                         if ((count & (TOK_EXCLUSIVE/*|TOK_EXCLREQ*/)) == 0) {
 323                                 /* XXX EXCLREQ should work */
 324                                 /*
 325                                  * It is possible to get the token shared.
 326                                  */
 327                                 if (atomic_cmpset_long(&tok->t_count, count,
 328                                                        count + TOK_INCR)) {
 329                                         return TRUE;
 330                                 }
 331                                 /* retry */
 332                         } else if ((count & TOK_EXCLUSIVE) &&
 333                                    oref >= &td->td_toks_base &&
 334                                    oref < td->td_toks_stop) {
 335                                 /*
 336                                  * We own the exclusive bit on the token so
 337                                  * we can in fact also get it shared.
 338                                  */
 339                                 atomic_add_long(&tok->t_count, TOK_INCR);
 340                                 return TRUE;
 341                         } else {
 342                                 /*
 343                                  * We failed to get the token shared
 344                                  */
 345                                 return FALSE;
 346                         }
 347                         /* retry */
 348                 }
 349         }
 350 }
 351
 352 static __inline
 353 int
 354 _lwkt_trytokref_spin(lwkt_tokref_t ref, thread_t td, long mode)
 355 {
 356         int spin;
 357
 358         if (_lwkt_trytokref(ref, td, mode)) {
 359 #ifdef DEBUG_LOCKS_LATENCY
 360                 long j;
 361                 for (j = tokens_add_latency; j > 0; --j)
 362                         cpu_ccfence();
 363 #endif
 364                 return TRUE;
 365         }
 366         for (spin = lwkt_token_spin; spin > 0; --spin) {
 367                 if (lwkt_token_delay)
 368                         tsc_delay(lwkt_token_delay);
 369                 else
 370                         cpu_pause();
 371                 if (_lwkt_trytokref(ref, td, mode)) {
 372 #ifdef DEBUG_LOCKS_LATENCY
 373                         long j;
 374                         for (j = tokens_add_latency; j > 0; --j)
 375                                 cpu_ccfence();
 376 #endif
 377                         return TRUE;
 378                 }
 379         }
 380         return FALSE;
 381 }
 382
 383 /*
 384  * Release a token that we hold.
 385  */
 386 static __inline
 387 void
 388 _lwkt_reltokref(lwkt_tokref_t ref, thread_t td)
 389 {
 390         lwkt_token_t tok;
 391         long count;
 392
 393         tok = ref->tr_tok;
 394         for (;;) {
 395                 count = tok->t_count;
 396                 cpu_ccfence();
 397                 if (tok->t_ref == ref) {
 398                         /*
 399                          * We are an exclusive holder.  We must clear tr_ref
 400                          * before we clear the TOK_EXCLUSIVE bit.  If we are
 401                          * unable to clear the bit we must restore
 402                          * tok->t_ref.
 403                          */
 404                         KKASSERT(count & TOK_EXCLUSIVE);
 405                         tok->t_ref = NULL;
 406                         if (atomic_cmpset_long(&tok->t_count, count,
 407                                                count & ~TOK_EXCLUSIVE)) {
 408                                 return;
 409                         }
 410                         tok->t_ref = ref;
 411                         /* retry */
 412                 } else {
 413                         /*
 414                          * We are a shared holder
 415                          */
 416                         KKASSERT(count & TOK_COUNTMASK);
 417                         if (atomic_cmpset_long(&tok->t_count, count,
 418                                                count - TOK_INCR)) {
 419                                 return;
 420                         }
 421                         /* retry */
 422                 }
 423                 /* retry */
 424         }
 425 }
 426
 427 /*
 428  * Obtain all the tokens required by the specified thread on the current
 429  * cpu, return 0 on failure and non-zero on success.  If a failure occurs
 430  * any partially acquired tokens will be released prior to return.
 431  *
 432  * lwkt_getalltokens is called by the LWKT scheduler to re-acquire all
 433  * tokens that the thread had to release when it switched away.
 434  *
 435  * If spinning is non-zero this function acquires the tokens in a particular
 436  * order to deal with potential deadlocks.  We simply use address order for
 437  * the case.
 438  *
 439  * Called from a critical section.
 440  */
 441 int
 442 lwkt_getalltokens(thread_t td, int spinning)
 443 {
 444         lwkt_tokref_t scan;
 445         lwkt_token_t tok;
 446
 447         if (spinning)
 448                 return(_lwkt_getalltokens_sorted(td));
 449
 450         /*
 451          * Acquire tokens in forward order, assign or validate tok->t_ref.
 452          */
 453         for (scan = &td->td_toks_base; scan < td->td_toks_stop; ++scan) {
 454                 tok = scan->tr_tok;
 455                 for (;;) {
 456                         /*
 457                          * Only try really hard on the last token
 458                          */
 459                         if (scan == td->td_toks_stop - 1) {
 460                             if (_lwkt_trytokref_spin(scan, td, scan->tr_count))
 461                                     break;
 462                         } else {
 463                             if (_lwkt_trytokref(scan, td, scan->tr_count))
 464                                     break;
 465                         }
 466
 467                         /*
 468                          * Otherwise we failed to acquire all the tokens.
 469                          * Release whatever we did get.
 470                          */
 471                         if (lwkt_sched_debug > 0) {
 472                                 --lwkt_sched_debug;
 473                                 kprintf("toka %p %s %s\n",
 474                                         tok, tok->t_desc, td->td_comm);
 475                         }
 476                         td->td_wmesg = tok->t_desc;
 477                         ++tok->t_collisions;
 478                         while (--scan >= &td->td_toks_base)
 479                                 _lwkt_reltokref(scan, td);
 480                         return(FALSE);
 481                 }
 482         }
 483         return (TRUE);
 484 }
 485
 486 /*
 487  * Release all tokens owned by the specified thread on the current cpu.
 488  *
 489  * This code is really simple.  Even in cases where we own all the tokens
 490  * note that t_ref may not match the scan for recursively held tokens which
 491  * are held deeper in the stack, or for the case where a lwkt_getalltokens()
 492  * failed.
 493  *
 494  * Tokens are released in reverse order to reduce chasing race failures.
 495  *
 496  * Called from a critical section.
 497  */
 498 void
 499 lwkt_relalltokens(thread_t td)
 500 {
 501         lwkt_tokref_t scan;
 502
 503         /*
 504          * Weird order is to try to avoid a panic loop
 505          */
 506         if (td->td_toks_have) {
 507                 scan = td->td_toks_have;
 508                 td->td_toks_have = NULL;
 509         } else {
 510                 scan = td->td_toks_stop;
 511         }
 512         while (--scan >= &td->td_toks_base)
 513                 _lwkt_reltokref(scan, td);
 514 }
 515
 516 /*
 517  * This is the decontention version of lwkt_getalltokens().  The tokens are
 518  * acquired in address-sorted order to deal with any deadlocks.  Ultimately
 519  * token failures will spin into the scheduler and get here.
 520  *
 521  * Called from critical section
 522  */
 523 static
 524 int
 525 _lwkt_getalltokens_sorted(thread_t td)
 526 {
 527         lwkt_tokref_t sort_array[LWKT_MAXTOKENS];
 528         lwkt_tokref_t scan;
 529         lwkt_token_t tok;
 530         int i;
 531         int j;
 532         int n;
 533
 534         /*
 535          * Sort the token array.  Yah yah, I know this isn't fun.
 536          *
 537          * NOTE: Recursively acquired tokens are ordered the same as in the
 538          *       td_toks_array so we can always get the earliest one first.
 539          */
 540         i = 0;
 541         scan = &td->td_toks_base;
 542         while (scan < td->td_toks_stop) {
 543                 for (j = 0; j < i; ++j) {
 544                         if (scan->tr_tok < sort_array[j]->tr_tok)
 545                                 break;
 546                 }
 547                 if (j != i) {
 548                         bcopy(sort_array + j, sort_array + j + 1,
 549                               (i - j) * sizeof(lwkt_tokref_t));
 550                 }
 551                 sort_array[j] = scan;
 552                 ++scan;
 553                 ++i;
 554         }
 555         n = i;
 556
 557         /*
 558          * Acquire tokens in forward order, assign or validate tok->t_ref.
 559          */
 560         for (i = 0; i < n; ++i) {
 561                 scan = sort_array[i];
 562                 tok = scan->tr_tok;
 563                 for (;;) {
 564                         /*
 565                          * Only try really hard on the last token
 566                          */
 567                         if (scan == td->td_toks_stop - 1) {
 568                             if (_lwkt_trytokref_spin(scan, td, scan->tr_count))
 569                                     break;
 570                         } else {
 571                             if (_lwkt_trytokref(scan, td, scan->tr_count))
 572                                     break;
 573                         }
 574
 575                         /*
 576                          * Otherwise we failed to acquire all the tokens.
 577                          * Release whatever we did get.
 578                          */
 579                         if (lwkt_sched_debug > 0) {
 580                                 --lwkt_sched_debug;
 581                                 kprintf("tokb %p %s %s\n",
 582                                         tok, tok->t_desc, td->td_comm);
 583                         }
 584                         td->td_wmesg = tok->t_desc;
 585                         ++tok->t_collisions;
 586                         while (--i >= 0) {
 587                                 scan = sort_array[i];
 588                                 _lwkt_reltokref(scan, td);
 589                         }
 590                         return(FALSE);
 591                 }
 592         }
 593
 594         /*
 595          * We were successful, there is no need for another core to signal
 596          * us.
 597          */
 598         return (TRUE);
 599 }
 600
 601 /*
 602  * Get a serializing token.  This routine can block.
 603  */
 604 void
 605 lwkt_gettoken(lwkt_token_t tok)
 606 {
 607         thread_t td = curthread;
 608         lwkt_tokref_t ref;
 609
 610         ref = td->td_toks_stop;
 611         KKASSERT(ref < &td->td_toks_end);
 612         ++td->td_toks_stop;
 613         cpu_ccfence();
 614         _lwkt_tokref_init(ref, tok, td, TOK_EXCLUSIVE|TOK_EXCLREQ);
 615
 616 #ifdef DEBUG_LOCKS
 617         /*
 618          * Taking an exclusive token after holding it shared will
 619          * livelock. Scan for that case and assert.
 620          */
 621         lwkt_tokref_t tk;
 622         int found = 0;
 623         for (tk = &td->td_toks_base; tk < ref; tk++) {
 624                 if (tk->tr_tok != tok)
 625                         continue;
 626
 627                 found++;
 628                 if (tk->tr_count & TOK_EXCLUSIVE)
 629                         goto good;
 630         }
 631         /* We found only shared instances of this token if found >0 here */
 632         KASSERT((found == 0), ("Token %p s/x livelock", tok));
 633 good:
 634 #endif
 635
 636         if (_lwkt_trytokref_spin(ref, td, TOK_EXCLUSIVE|TOK_EXCLREQ))
 637                 return;
 638
 639         /*
 640          * Give up running if we can't acquire the token right now.
 641          *
 642          * Since the tokref is already active the scheduler now
 643          * takes care of acquisition, so we need only call
 644          * lwkt_switch().
 645          *
 646          * Since we failed this was not a recursive token so upon
 647          * return tr_tok->t_ref should be assigned to this specific
 648          * ref.
 649          */
 650         td->td_wmesg = tok->t_desc;
 651         ++tok->t_collisions;
 652         logtoken(fail, ref);
 653         td->td_toks_have = td->td_toks_stop - 1;
 654         lwkt_switch();
 655         logtoken(succ, ref);
 656         KKASSERT(tok->t_ref == ref);
 657 }
 658
 659 /*
 660  * Similar to gettoken but we acquire a shared token instead of an exclusive
 661  * token.
 662  */
 663 void
 664 lwkt_gettoken_shared(lwkt_token_t tok)
 665 {
 666         thread_t td = curthread;
 667         lwkt_tokref_t ref;
 668
 669         ref = td->td_toks_stop;
 670         KKASSERT(ref < &td->td_toks_end);
 671         ++td->td_toks_stop;
 672         cpu_ccfence();
 673         _lwkt_tokref_init(ref, tok, td, TOK_EXCLREQ);
 674
 675 #ifdef DEBUG_LOCKS
 676         /*
 677          * Taking a pool token in shared mode is a bad idea; other
 678          * addresses deeper in the call stack may hash to the same pool
 679          * token and you may end up with an exclusive-shared livelock.
 680          * Warn in this condition.
 681          */
 682         if ((tok >= &pool_tokens[0]) &&
 683             (tok < &pool_tokens[LWKT_NUM_POOL_TOKENS]))
 684                 kprintf("Warning! Taking pool token %p in shared mode\n", tok);
 685 #endif
 686
 687
 688         if (_lwkt_trytokref_spin(ref, td, TOK_EXCLREQ))
 689                 return;
 690
 691         /*
 692          * Give up running if we can't acquire the token right now.
 693          *
 694          * Since the tokref is already active the scheduler now
 695          * takes care of acquisition, so we need only call
 696          * lwkt_switch().
 697          *
 698          * Since we failed this was not a recursive token so upon
 699          * return tr_tok->t_ref should be assigned to this specific
 700          * ref.
 701          */
 702         td->td_wmesg = tok->t_desc;
 703         ++tok->t_collisions;
 704         logtoken(fail, ref);
 705         td->td_toks_have = td->td_toks_stop - 1;
 706         lwkt_switch();
 707         logtoken(succ, ref);
 708 }
 709
 710 /*
 711  * Attempt to acquire a token, return TRUE on success, FALSE on failure.
 712  *
 713  * We setup the tokref in case we actually get the token (if we switch later
 714  * it becomes mandatory so we set TOK_EXCLREQ), but we call trytokref without
 715  * TOK_EXCLREQ in case we fail.
 716  */
 717 int
 718 lwkt_trytoken(lwkt_token_t tok)
 719 {
 720         thread_t td = curthread;
 721         lwkt_tokref_t ref;
 722
 723         ref = td->td_toks_stop;
 724         KKASSERT(ref < &td->td_toks_end);
 725         ++td->td_toks_stop;
 726         cpu_ccfence();
 727         _lwkt_tokref_init(ref, tok, td, TOK_EXCLUSIVE|TOK_EXCLREQ);
 728
 729         if (_lwkt_trytokref(ref, td, TOK_EXCLUSIVE))
 730                 return TRUE;
 731
 732         /*
 733          * Failed, unpend the request
 734          */
 735         cpu_ccfence();
 736         --td->td_toks_stop;
 737         ++tok->t_collisions;
 738         return FALSE;
 739 }
 740
 741
 742 void
 743 lwkt_gettoken_hard(lwkt_token_t tok)
 744 {
 745         lwkt_gettoken(tok);
 746         crit_enter_hard();
 747 }
 748
 749 lwkt_token_t
 750 lwkt_getpooltoken(void *ptr)
 751 {
 752         lwkt_token_t tok;
 753
 754         tok = _lwkt_token_pool_lookup(ptr);
 755         lwkt_gettoken(tok);
 756         return (tok);
 757 }
 758
 759 /*
 760  * Release a serializing token.
 761  *
 762  * WARNING!  All tokens must be released in reverse order.  This will be
 763  *           asserted.
 764  */
 765 void
 766 lwkt_reltoken(lwkt_token_t tok)
 767 {
 768         thread_t td = curthread;
 769         lwkt_tokref_t ref;
 770
 771         /*
 772          * Remove ref from thread token list and assert that it matches
 773          * the token passed in.  Tokens must be released in reverse order.
 774          */
 775         ref = td->td_toks_stop - 1;
 776         KKASSERT(ref >= &td->td_toks_base && ref->tr_tok == tok);
 777         _lwkt_reltokref(ref, td);
 778         cpu_sfence();
 779         td->td_toks_stop = ref;
 780 }
 781
 782 void
 783 lwkt_reltoken_hard(lwkt_token_t tok)
 784 {
 785         lwkt_reltoken(tok);
 786         crit_exit_hard();
 787 }
 788
 789 /*
 790  * It is faster for users of lwkt_getpooltoken() to use the returned
 791  * token and just call lwkt_reltoken(), but for convenience we provide
 792  * this function which looks the token up based on the ident.
 793  */
 794 void
 795 lwkt_relpooltoken(void *ptr)
 796 {
 797         lwkt_token_t tok = _lwkt_token_pool_lookup(ptr);
 798         lwkt_reltoken(tok);
 799 }
 800
 801 /*
 802  * Return a count of the number of token refs the thread has to the
 803  * specified token, whether it currently owns the token or not.
 804  */
 805 int
 806 lwkt_cnttoken(lwkt_token_t tok, thread_t td)
 807 {
 808         lwkt_tokref_t scan;
 809         int count = 0;
 810
 811         for (scan = &td->td_toks_base; scan < td->td_toks_stop; ++scan) {
 812                 if (scan->tr_tok == tok)
 813                         ++count;
 814         }
 815         return(count);
 816 }
 817
 818 /*
 819  * Pool tokens are used to provide a type-stable serializing token
 820  * pointer that does not race against disappearing data structures.
 821  *
 822  * This routine is called in early boot just after we setup the BSP's
 823  * globaldata structure.
 824  */
 825 void
 826 lwkt_token_pool_init(void)
 827 {
 828         int i;
 829
 830         for (i = 0; i < LWKT_NUM_POOL_TOKENS; ++i)
 831                 lwkt_token_init(&pool_tokens[i], "pool");
 832 }
 833
 834 lwkt_token_t
 835 lwkt_token_pool_lookup(void *ptr)
 836 {
 837         return (_lwkt_token_pool_lookup(ptr));
 838 }
 839
 840 /*
 841  * Initialize a token.
 842  */
 843 void
 844 lwkt_token_init(lwkt_token_t tok, const char *desc)
 845 {
 846         tok->t_count = 0;
 847         tok->t_ref = NULL;
 848         tok->t_collisions = 0;
 849         tok->t_desc = desc;
 850 }
 851
 852 void
 853 lwkt_token_uninit(lwkt_token_t tok)
 854 {
 855         /* empty */
 856 }
 857
 858 /*
 859  * Exchange the two most recent tokens on the tokref stack.  This allows
 860  * you to release a token out of order.
 861  *
 862  * We have to be careful about the case where the top two tokens are
 863  * the same token.  In this case tok->t_ref will point to the deeper
 864  * ref and must remain pointing to the deeper ref.  If we were to swap
 865  * it the first release would clear the token even though a second
 866  * ref is still present.
 867  *
 868  * Only exclusively held tokens contain a reference to the tokref which
 869  * has to be flipped along with the swap.
 870  */
 871 void
 872 lwkt_token_swap(void)
 873 {
 874         lwkt_tokref_t ref1, ref2;
 875         lwkt_token_t tok1, tok2;
 876         long count1, count2;
 877         thread_t td = curthread;
 878
 879         crit_enter();
 880
 881         ref1 = td->td_toks_stop - 1;
 882         ref2 = td->td_toks_stop - 2;
 883         KKASSERT(ref1 >= &td->td_toks_base);
 884         KKASSERT(ref2 >= &td->td_toks_base);
 885
 886         tok1 = ref1->tr_tok;
 887         tok2 = ref2->tr_tok;
 888         count1 = ref1->tr_count;
 889         count2 = ref2->tr_count;
 890
 891         if (tok1 != tok2) {
 892                 ref1->tr_tok = tok2;
 893                 ref1->tr_count = count2;
 894                 ref2->tr_tok = tok1;
 895                 ref2->tr_count = count1;
 896                 if (tok1->t_ref == ref1)
 897                         tok1->t_ref = ref2;
 898                 if (tok2->t_ref == ref2)
 899                         tok2->t_ref = ref1;
 900         }
 901
 902         crit_exit();
 903 }