kernel - MPSAFE stabilization
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_sysref.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2007 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  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_sysref.c,v 1.7 2008/10/26 04:29:19 sephe Exp $
35  */
36 /*
37  * System resource control module for all cluster-addressable system resource
38  * structures.
39  *
40  * This module implements the core ref counting, sysid registration, and
41  * objcache-backed allocation mechanism for all major system resource
42  * structures.
43  *
44  * sysid registrations operate via the objcache ctor/dtor mechanism and
45  * sysids will be reused if the resource is not explicitly accessed via
46  * its sysid.  This removes all RB tree handling overhead from the critical
47  * path for locally used resources.
48  */
49
50 #include <sys/param.h>
51 #include <sys/systm.h>
52 #include <sys/kernel.h>
53 #include <sys/tree.h>
54 #include <sys/spinlock.h>
55 #include <machine/atomic.h>
56 #include <machine/cpufunc.h>
57
58 #include <sys/spinlock2.h>
59 #include <sys/sysref2.h>
60
61 static boolean_t sysref_ctor(void *data, void *privdata, int ocflags);
62 static void sysref_dtor(void *data, void *privdata);
63
64 /*
65  * Red-Black tree support
66  */
67 static int rb_sysref_compare(struct sysref *sr1, struct sysref *sr2);
68 RB_GENERATE2(sysref_rb_tree, sysref, rbnode, rb_sysref_compare, sysid_t, sysid);
69
70 static struct srpercpu {
71         struct sysref_rb_tree rbtree;
72         struct spinlock spin;
73 } sysref_array[MAXCPU];
74
75 static void
76 sysrefbootinit(void *dummy __unused)
77 {
78         struct srpercpu *sa;
79         int i;
80
81         for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
82                 sa = &sysref_array[i];
83                 spin_init(&sa->spin);
84                 RB_INIT(&sa->rbtree);
85         }
86 }
87
88 SYSINIT(sysref, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, sysrefbootinit, NULL);
89
90 static
91 int
92 rb_sysref_compare(struct sysref *sr1, struct sysref *sr2)
93 {
94         if (sr1->sysid < sr2->sysid)
95                 return(-1);
96         if (sr1->sysid > sr2->sysid)
97                 return(1);
98         return(0);
99 }
100
101 /*
102  * Manual initialization of a resource structure's sysref, only used during
103  * booting to set up certain statically declared resources which cannot
104  * be deallocated.
105  */
106 void
107 sysref_init(struct sysref *sr, struct sysref_class *srclass)
108 {
109         struct srpercpu *sa;
110         globaldata_t gd;
111
112         gd = mycpu;
113         crit_enter_gd(gd);
114         gd->gd_sysid_alloc += ncpus_fit; /* next unique sysid */
115         sr->sysid = gd->gd_sysid_alloc;
116         KKASSERT(((int)sr->sysid & ncpus_fit_mask) == gd->gd_cpuid);
117         sr->refcnt = -0x40000000;
118         sr->flags = 0;
119         sr->srclass = srclass;
120
121         sa = &sysref_array[gd->gd_cpuid];
122         spin_lock_wr(&sa->spin);
123         sysref_rb_tree_RB_INSERT(&sa->rbtree, sr);
124         spin_unlock_wr(&sa->spin);
125         crit_exit_gd(gd);
126 }
127
128 /*
129  * Allocate a resource structure of the specified class, initialize a
130  * sysid and add the resource to the RB tree.  The caller must complete
131  * initialization of the resource and call sysref_activate() to activate it.
132  */
133 void *
134 sysref_alloc(struct sysref_class *srclass)
135 {
136         struct sysref *sr;
137         char *data;
138         int n;
139
140         /*
141          * Create the object cache backing store.
142          */
143         if (srclass->oc == NULL) {
144                 KKASSERT(srclass->mtype != NULL);
145                 srclass->oc = objcache_create_mbacked(
146                                 srclass->mtype, srclass->objsize, 
147                                 NULL, srclass->mag_capacity,
148                                 sysref_ctor, sysref_dtor, srclass);
149         }
150
151         /*
152          * Allocate the resource.
153          */
154         data = objcache_get(srclass->oc, M_WAITOK);
155         sr = (struct sysref *)(data + srclass->offset);
156
157         /*
158          * Refcnt isn't touched while it is zero.  The objcache ctor
159          * function has already allocated a sysid and emplaced the
160          * structure in the RB tree.
161          */
162         KKASSERT(sr->refcnt == 0);
163         sr->refcnt = -0x40000000;
164
165         /*
166          * Clean out the structure unless the caller wants to deal with
167          * it (e.g. like the vmspace code).
168          */
169         if ((srclass->flags & SRC_MANAGEDINIT) == 0) {
170                 if (srclass->offset != 0)
171                         bzero(data, srclass->offset);
172                 n = srclass->offset + sizeof(struct sysref);
173                 KKASSERT(n <= srclass->objsize);
174                 if (n != srclass->objsize)
175                         bzero(data + n, srclass->objsize - n);
176         }
177         return(data);
178 }
179
180 /*
181  * Object cache backing store ctor function.
182  *
183  * This allocates the sysid and associates the structure with the
184  * red-black tree, allowing it to be looked up.  The actual resource
185  * structure has NOT yet been allocated so it is marked free.
186  *
187  * If the sysid is not used to access the resource, we will just
188  * allow the sysid to be reused when the resource structure is reused,
189  * allowing the RB tree operation to be 'cached'.  This results in
190  * virtually no performance penalty for using the sysref facility.
191  */
192 static
193 boolean_t
194 sysref_ctor(void *data, void *privdata, int ocflags)
195 {
196         globaldata_t gd;
197         struct srpercpu *sa;
198         struct sysref_class *srclass = privdata;
199         struct sysref *sr = (void *)((char *)data + srclass->offset);
200
201         /*
202          * Resource structures need to be cleared when allocating from
203          * malloc backing store.  This is different from the zeroing
204          * that we do in sysref_alloc().
205          */
206         bzero(data, srclass->objsize);
207
208         /*
209          * Resources managed by our objcache do the sysid and RB tree
210          * handling in the objcache ctor/dtor, so we can reuse the
211          * structure without re-treeing it over and over again.
212          */
213         gd = mycpu;
214         crit_enter_gd(gd);
215         gd->gd_sysid_alloc += ncpus_fit; /* next unique sysid */
216         sr->sysid = gd->gd_sysid_alloc;
217         KKASSERT(((int)sr->sysid & ncpus_fit_mask) == gd->gd_cpuid);
218         /* sr->refcnt= 0; already zero */
219         sr->flags = SRF_ALLOCATED;
220         sr->srclass = srclass;
221
222         sa = &sysref_array[gd->gd_cpuid];
223         spin_lock_wr(&sa->spin);
224         sysref_rb_tree_RB_INSERT(&sa->rbtree, sr);
225         spin_unlock_wr(&sa->spin);
226         crit_exit_gd(gd);
227
228         /*
229          * Execute the class's ctor function, if any.  NOTE: The class
230          * should not try to zero out the structure, we've already handled
231          * that and preinitialized the sysref.
232          *
233          * XXX ignores return value for now
234          */
235         if (srclass->ctor)
236                 srclass->ctor(data, privdata, ocflags);
237         return TRUE;
238 }
239
240 /*
241  * Object cache destructor, allowing the structure to be returned
242  * to the system memory pool.  The resource structure must be
243  * removed from the RB tree.  All other references have already
244  * been destroyed and the RB tree will not create any new references
245  * to the structure in its current state.
246  */
247 static
248 void
249 sysref_dtor(void *data, void *privdata)
250 {
251         struct srpercpu *sa;
252         struct sysref_class *srclass = privdata;
253         struct sysref *sr = (void *)((char *)data + srclass->offset);
254
255         KKASSERT(sr->refcnt == 0);
256         sa = &sysref_array[(int)sr->sysid & ncpus_fit_mask];
257         spin_lock_wr(&sa->spin);
258         sysref_rb_tree_RB_REMOVE(&sa->rbtree, sr);
259         spin_unlock_wr(&sa->spin);
260         if (srclass->dtor)
261                 srclass->dtor(data, privdata);
262 }
263
264 /*
265  * Activate or reactivate a resource. 0x40000001 is added to the ref count
266  * so -0x40000000 (during initialization) will translate to a ref count of 1.
267  * Any references made during initialization will translate to additional
268  * positive ref counts.
269  *
270  * MPSAFE
271  */
272 void
273 sysref_activate(struct sysref *sr)
274 {
275         int count;
276
277         for (;;) {
278                 count = sr->refcnt;
279                 KASSERT(count < 0 && count + 0x40000001 > 0,
280                         ("sysref_activate: bad count %08x", count));
281                 if (atomic_cmpset_int(&sr->refcnt, count, count + 0x40000001))
282                         break;
283                 cpu_pause();
284         }
285 }
286
287 /*
288  * Release a reference under special circumstances.  This call is made
289  * from the sysref_put() inline from sys/sysref2.h for any 1->0 transitions,
290  * negative->negative 'termination in progress' transitions, and when the
291  * cmpset instruction fails during a normal transition.
292  *
293  * This function is called from the sysref_put() inline in sys/sysref2.h,
294  * but handles all cases regardless.
295  */
296 void
297 _sysref_put(struct sysref *sr)
298 {
299         int count;
300         void *data;
301
302         for (;;) {
303                 count = sr->refcnt;
304                 if (count > 1) {
305                         /*
306                          * release 1 count, nominal case, active resource
307                          * structure, no other action required.
308                          */
309                         if (atomic_cmpset_int(&sr->refcnt, count, count - 1))
310                                 break;
311                 } else if (count == 1) {
312                         /*
313                          * 1->0 transitions transition to -0x40000000 instead,
314                          * placing the resource structure into a termination-
315                          * in-progress state.  The termination function is
316                          * then called.
317                          */
318                         if (atomic_cmpset_int(&sr->refcnt, count, -0x40000000)) {
319                                 data = (char *)sr - sr->srclass->offset;
320                                 sr->srclass->ops.terminate(data);
321                                 break;
322                         }
323                 } else if (count > -0x40000000) {
324                         /*
325                          * release 1 count, nominal case, resource undergoing
326                          * termination.  The Resource can be ref'd and
327                          * deref'd while undergoing termination.
328                          */
329                         if (atomic_cmpset_int(&sr->refcnt, count, count - 1))
330                                 break;
331                 } else {
332                         /*
333                          * Final release, set refcnt to 0.
334                          * Resource must have been allocated.
335                          *
336                          * If SRF_SYSIDUSED is not set just objcache_put() the
337                          * resource, otherwise objcache_dtor() the resource.
338                          */
339                         KKASSERT(count == -0x40000000);
340                         if (atomic_cmpset_int(&sr->refcnt, count, 0)) {
341                                 KKASSERT(sr->flags & SRF_ALLOCATED);
342                                 data = (char *)sr - sr->srclass->offset;
343                                 if (sr->flags & SRF_SYSIDUSED)
344                                         objcache_dtor(sr->srclass->oc, data);
345                                 else
346                                         objcache_put(sr->srclass->oc, data);
347                                 break;
348                         }
349                 }
350                 /* loop until the cmpset succeeds */
351                 cpu_pause();
352         }
353 }
354
355 sysid_t
356 allocsysid(void)
357 {
358         globaldata_t gd = mycpu;
359         sysid_t sysid;
360
361         crit_enter_gd(gd);
362         gd->gd_sysid_alloc += ncpus_fit;
363         sysid = gd->gd_sysid_alloc;
364         crit_exit_gd(gd);
365         return(sysid);
366 }
367