sys/sys/thread.h

   1 /*
   2  * SYS/THREAD.H
   3  *
   4  *      Implements the architecture independant portion of the LWKT
   5  *      subsystem.
   6  *
   7  * Types which must already be defined when this header is included by
   8  * userland:    struct md_thread
   9  *
  10  * $DragonFly: src/sys/sys/thread.h,v 1.97 2008/09/20 04:31:02 sephe Exp $
  11  */
  12
  13 #ifndef _SYS_THREAD_H_
  14 #define _SYS_THREAD_H_
  15
  16 #ifndef _SYS_STDINT_H_
  17 #include <sys/stdint.h>         /* __int types */
  18 #endif
  19 #ifndef _SYS_PARAM_H_
  20 #include <sys/param.h>          /* MAXCOMLEN */
  21 #endif
  22 #ifndef _SYS_QUEUE_H_
  23 #include <sys/queue.h>          /* TAILQ_* macros */
  24 #endif
  25 #ifndef _SYS_MSGPORT_H_
  26 #include <sys/msgport.h>        /* lwkt_port */
  27 #endif
  28 #ifndef _SYS_TIME_H_
  29 #include <sys/time.h>           /* struct timeval */
  30 #endif
  31 #ifndef _SYS_SPINLOCK_H_
  32 #include <sys/spinlock.h>
  33 #endif
  34 #ifndef _SYS_IOSCHED_H_
  35 #include <sys/iosched.h>
  36 #endif
  37 #ifndef _MACHINE_THREAD_H_
  38 #include <machine/thread.h>
  39 #endif
  40
  41 struct globaldata;
  42 struct lwp;
  43 struct proc;
  44 struct thread;
  45 struct lwkt_queue;
  46 struct lwkt_token;
  47 struct lwkt_tokref;
  48 struct lwkt_ipiq;
  49 struct lwkt_cpu_msg;
  50 struct lwkt_cpu_port;
  51 struct lwkt_msg;
  52 struct lwkt_port;
  53 struct lwkt_cpusync;
  54 union sysunion;
  55
  56 typedef struct lwkt_queue       *lwkt_queue_t;
  57 typedef struct lwkt_token       *lwkt_token_t;
  58 typedef struct lwkt_tokref      *lwkt_tokref_t;
  59 typedef struct lwkt_cpu_msg     *lwkt_cpu_msg_t;
  60 typedef struct lwkt_cpu_port    *lwkt_cpu_port_t;
  61 typedef struct lwkt_ipiq        *lwkt_ipiq_t;
  62 typedef struct lwkt_cpusync     *lwkt_cpusync_t;
  63 typedef struct thread           *thread_t;
  64
  65 typedef TAILQ_HEAD(lwkt_queue, thread) lwkt_queue;
  66
  67 /*
  68  * Differentiation between kernel threads and user threads.  Userland
  69  * programs which want to access to kernel structures have to define
  70  * _KERNEL_STRUCTURES.  This is a kinda safety valve to prevent badly
  71  * written user programs from getting an LWKT thread that is neither the
  72  * kernel nor the user version.
  73  */
  74 #if defined(_KERNEL) || defined(_KERNEL_STRUCTURES)
  75 #ifndef _MACHINE_THREAD_H_
  76 #include <machine/thread.h>             /* md_thread */
  77 #endif
  78 #ifndef _MACHINE_FRAME_H_
  79 #include <machine/frame.h>
  80 #endif
  81 #else
  82 struct intrframe;
  83 #endif
  84
  85 /*
  86  * Tokens are used to serialize access to information.  They are 'soft'
  87  * serialization entities that only stay in effect while a thread is
  88  * running.  If the thread blocks, other threads can run holding the same
  89  * token(s).  The tokens are reacquired when the original thread resumes.
  90  *
  91  * A thread can depend on its serialization remaining intact through a
  92  * preemption.  An interrupt which attempts to use the same token as the
  93  * thread being preempted will reschedule itself for non-preemptive
  94  * operation, so the new token code is capable of interlocking against
  95  * interrupts as well as other cpus.  This means that your token can only
  96  * be (temporarily) lost if you *explicitly* block.
  97  *
  98  * Tokens are managed through a helper reference structure, lwkt_tokref.  Each
  99  * thread has a stack of tokref's to keep track of acquired tokens.  Multiple
 100  * tokref's may reference the same token.
 101  */
 102
 103 typedef struct lwkt_token {
 104     struct lwkt_tokref  *t_ref;         /* Owning ref or NULL */
 105     intptr_t            t_flags;        /* MP lock required */
 106     long                t_collisions;   /* Collision counter */
 107     const char          *t_desc;        /* Descriptive name */
 108 } lwkt_token;
 109
 110 #define LWKT_TOKEN_MPSAFE       0x0001
 111
 112 /*
 113  * Static initialization for a lwkt_token.
 114  *      UP - Not MPSAFE (full MP lock will also be acquired)
 115  *      MP - Is MPSAFE  (only the token will be acquired)
 116  */
 117 #define LWKT_TOKEN_UP_INITIALIZER       \
 118 {                                       \
 119         .t_ref = NULL,                  \
 120         .t_flags = 0,                   \
 121         .t_collisions = 0               \
 122 }
 123
 124 #define LWKT_TOKEN_MP_INITIALIZER       \
 125 {                                       \
 126         .t_ref = NULL,                  \
 127         .t_flags = LWKT_TOKEN_MPSAFE,   \
 128         .t_collisions = 0               \
 129 }
 130
 131 #define ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(tok) \
 132         KKASSERT((tok)->t_ref->tr_owner == curthread)
 133
 134 struct lwkt_tokref {
 135     lwkt_token_t        tr_tok;         /* token in question */
 136     struct thread       *tr_owner;      /* me */
 137     intptr_t            tr_flags;       /* copy of t_flags */
 138     const void          *tr_stallpc;    /* stalled at pc */
 139 };
 140
 141 #define MAXCPUFIFO      16      /* power of 2 */
 142 #define MAXCPUFIFO_MASK (MAXCPUFIFO - 1)
 143 #define LWKT_MAXTOKENS  32      /* max tokens beneficially held by thread */
 144
 145 /*
 146  * Always cast to ipifunc_t when registering an ipi.  The actual ipi function
 147  * is called with both the data and an interrupt frame, but the ipi function
 148  * that is registered might only declare a data argument.
 149  */
 150 typedef void (*ipifunc1_t)(void *arg);
 151 typedef void (*ipifunc2_t)(void *arg, int arg2);
 152 typedef void (*ipifunc3_t)(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
 153
 154 typedef struct lwkt_ipiq {
 155     int         ip_rindex;      /* only written by target cpu */
 156     int         ip_xindex;      /* written by target, indicates completion */
 157     int         ip_windex;      /* only written by source cpu */
 158     ipifunc3_t  ip_func[MAXCPUFIFO];
 159     void        *ip_arg1[MAXCPUFIFO];
 160     int         ip_arg2[MAXCPUFIFO];
 161     u_int       ip_npoll;       /* synchronization to avoid excess IPIs */
 162 } lwkt_ipiq;
 163
 164 /*
 165  * CPU Synchronization structure.  See lwkt_cpusync_start() and
 166  * lwkt_cpusync_finish() for more information.
 167  */
 168 typedef void (*cpusync_func_t)(lwkt_cpusync_t poll);
 169 typedef void (*cpusync_func2_t)(void *data);
 170
 171 struct lwkt_cpusync {
 172     cpusync_func_t cs_run_func;         /* run (tandem w/ acquire) */
 173     cpusync_func_t cs_fin1_func;        /* fin1 (synchronized) */
 174     cpusync_func2_t cs_fin2_func;       /* fin2 (tandem w/ release) */
 175     void        *cs_data;
 176     int         cs_maxcount;
 177     volatile int cs_count;
 178     cpumask_t   cs_mask;
 179 };
 180
 181 /*
 182  * The standard message and queue structure used for communications between
 183  * cpus.  Messages are typically queued via a machine-specific non-linked
 184  * FIFO matrix allowing any cpu to send a message to any other cpu without
 185  * blocking.
 186  */
 187 typedef struct lwkt_cpu_msg {
 188     void        (*cm_func)(lwkt_cpu_msg_t msg); /* primary dispatch function */
 189     int         cm_code;                /* request code if applicable */
 190     int         cm_cpu;                 /* reply to cpu */
 191     thread_t    cm_originator;          /* originating thread for wakeup */
 192 } lwkt_cpu_msg;
 193
 194 /*
 195  * Thread structure.  Note that ownership of a thread structure is special
 196  * cased and there is no 'token'.  A thread is always owned by the cpu
 197  * represented by td_gd, any manipulation of the thread by some other cpu
 198  * must be done through cpu_*msg() functions.  e.g. you could request
 199  * ownership of a thread that way, or hand a thread off to another cpu.
 200  *
 201  * NOTE: td_ucred is synchronized from the p_ucred on user->kernel syscall,
 202  *       trap, and AST/signal transitions to provide a stable ucred for
 203  *       (primarily) system calls.  This field will be NULL for pure kernel
 204  *       threads.
 205  */
 206 struct md_intr_info;
 207 struct caps_kinfo;
 208
 209 struct thread {
 210     TAILQ_ENTRY(thread) td_threadq;
 211     TAILQ_ENTRY(thread) td_allq;
 212     TAILQ_ENTRY(thread) td_sleepq;
 213     lwkt_port   td_msgport;     /* built-in message port for replies */
 214     struct lwp  *td_lwp;        /* (optional) associated lwp */
 215     struct proc *td_proc;       /* (optional) associated process */
 216     struct pcb  *td_pcb;        /* points to pcb and top of kstack */
 217     struct globaldata *td_gd;   /* associated with this cpu */
 218     const char  *td_wmesg;      /* string name for blockage */
 219     const volatile void *td_wchan;      /* waiting on channel */
 220     int         td_pri;         /* 0-31, 31=highest priority (note 1) */
 221     int         td_critcount;   /* critical section priority */
 222     int         td_flags;       /* TDF flags */
 223     int         td_wdomain;     /* domain for wchan address (typ 0) */
 224     void        (*td_preemptable)(struct thread *td, int critcount);
 225     void        (*td_release)(struct thread *td);
 226     char        *td_kstack;     /* kernel stack */
 227     int         td_kstack_size; /* size of kernel stack */
 228     char        *td_sp;         /* kernel stack pointer for LWKT restore */
 229     void        (*td_switch)(struct thread *ntd);
 230     __uint64_t  td_uticks;      /* Statclock hits in user mode (uS) */
 231     __uint64_t  td_sticks;      /* Statclock hits in system mode (uS) */
 232     __uint64_t  td_iticks;      /* Statclock hits processing intr (uS) */
 233     int         td_locks;       /* lockmgr lock debugging */
 234     void        *td_dsched_priv1;       /* priv data for I/O schedulers */
 235     int         td_refs;        /* hold position in gd_tdallq / hold free */
 236     int         td_nest_count;  /* prevent splz nesting */
 237 #ifdef SMP
 238     int         td_mpcount;     /* MP lock held (count) */
 239     int         td_cscount;     /* cpu synchronization master */
 240 #else
 241     int         td_mpcount_unused;      /* filler so size matches */
 242     int         td_cscount_unused;
 243 #endif
 244     struct iosched_data td_iosdata;     /* Dynamic I/O scheduling data */
 245     struct timeval td_start;    /* start time for a thread/process */
 246     char        td_comm[MAXCOMLEN+1]; /* typ 16+1 bytes */
 247     struct thread *td_preempted; /* we preempted this thread */
 248     struct ucred *td_ucred;             /* synchronized from p_ucred */
 249     struct caps_kinfo *td_caps; /* list of client and server registrations */
 250     lwkt_tokref_t td_toks_stop;
 251     struct lwkt_tokref td_toks_array[LWKT_MAXTOKENS];
 252     int         td_fairq_lticks;        /* fairq wakeup accumulator reset */
 253     int         td_fairq_accum;         /* fairq priority accumulator */
 254     const void  *td_mplock_stallpc;     /* last mplock stall address */
 255 #ifdef DEBUG_CRIT_SECTIONS
 256 #define CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE   32
 257 #define CRIT_DEBUG_ARRAY_MASK   (CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE - 1)
 258     const char  *td_crit_debug_array[CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE];
 259     int         td_crit_debug_index;
 260     int         td_in_crit_report;
 261 #endif
 262     struct md_thread td_mach;
 263 };
 264
 265 #define td_toks_base    td_toks_array[0]
 266 #define td_toks_end     td_toks_array[LWKT_MAXTOKENS]
 267
 268 #define TD_TOKS_HELD(td)        ((td)->td_toks_stop != &(td)->td_toks_base)
 269 #define TD_TOKS_NOT_HELD(td)    ((td)->td_toks_stop == &(td)->td_toks_base)
 270
 271 /*
 272  * Thread flags.  Note that TDF_RUNNING is cleared on the old thread after
 273  * we switch to the new one, which is necessary because LWKTs don't need
 274  * to hold the BGL.  This flag is used by the exit code and the managed
 275  * thread migration code.  Note in addition that preemption will cause
 276  * TDF_RUNNING to be cleared temporarily, so any code checking TDF_RUNNING
 277  * must also check TDF_PREEMPT_LOCK.
 278  *
 279  * LWKT threads stay on their (per-cpu) run queue while running, not to
 280  * be confused with user processes which are removed from the user scheduling
 281  * run queue while actually running.
 282  *
 283  * td_threadq can represent the thread on one of three queues... the LWKT
 284  * run queue, a tsleep queue, or an lwkt blocking queue.  The LWKT subsystem
 285  * does not allow a thread to be scheduled if it already resides on some
 286  * queue.
 287  */
 288 #define TDF_RUNNING             0x0001  /* thread still active */
 289 #define TDF_RUNQ                0x0002  /* on an LWKT run queue */
 290 #define TDF_PREEMPT_LOCK        0x0004  /* I have been preempted */
 291 #define TDF_PREEMPT_DONE        0x0008  /* acknowledge preemption complete */
 292 #define TDF_IDLE_NOHLT          0x0010  /* we need to spin */
 293 #define TDF_MIGRATING           0x0020  /* thread is being migrated */
 294 #define TDF_SINTR               0x0040  /* interruptability hint for 'ps' */
 295 #define TDF_TSLEEPQ             0x0080  /* on a tsleep wait queue */
 296
 297 #define TDF_SYSTHREAD           0x0100  /* allocations may use reserve */
 298 #define TDF_ALLOCATED_THREAD    0x0200  /* objcache allocated thread */
 299 #define TDF_ALLOCATED_STACK     0x0400  /* objcache allocated stack */
 300 #define TDF_VERBOSE             0x0800  /* verbose on exit */
 301 #define TDF_DEADLKTREAT         0x1000  /* special lockmgr deadlock treatment */
 302 #define TDF_STOPREQ             0x2000  /* suspend_kproc */
 303 #define TDF_WAKEREQ             0x4000  /* resume_kproc */
 304 #define TDF_TIMEOUT             0x8000  /* tsleep timeout */
 305 #define TDF_INTTHREAD           0x00010000      /* interrupt thread */
 306 #define TDF_TSLEEP_DESCHEDULED  0x00020000      /* tsleep core deschedule */
 307 #define TDF_BLOCKED             0x00040000      /* Thread is blocked */
 308 #define TDF_PANICWARN           0x00080000      /* panic warning in switch */
 309 #define TDF_BLOCKQ              0x00100000      /* on block queue */
 310 #define TDF_MPSAFE              0x00200000      /* (thread creation) */
 311 #define TDF_EXITING             0x00400000      /* thread exiting */
 312 #define TDF_USINGFP             0x00800000      /* thread using fp coproc */
 313 #define TDF_KERNELFP            0x01000000      /* kernel using fp coproc */
 314 #define TDF_NETWORK             0x02000000      /* network proto thread */
 315 #define TDF_CRYPTO              0x04000000      /* crypto thread */
 316 #define TDF_MARKER              0x80000000      /* fairq marker thread */
 317
 318 /*
 319  * Thread priorities.  Typically only one thread from any given
 320  * user process scheduling queue is on the LWKT run queue at a time.
 321  * Remember that there is one LWKT run queue per cpu.
 322  *
 323  * Critical sections are handled by bumping td_pri above TDPRI_MAX, which
 324  * causes interrupts to be masked as they occur.  When this occurs a
 325  * rollup flag will be set in mycpu->gd_reqflags.
 326  */
 327 #define TDPRI_IDLE_THREAD       0       /* the idle thread */
 328 #define TDPRI_IDLE_WORK         1       /* idle work (page zero, etc) */
 329 #define TDPRI_USER_SCHEDULER    2       /* user scheduler helper */
 330 #define TDPRI_USER_IDLE         4       /* user scheduler idle */
 331 #define TDPRI_USER_NORM         6       /* user scheduler normal */
 332 #define TDPRI_USER_REAL         8       /* user scheduler real time */
 333 #define TDPRI_KERN_LPSCHED      9       /* scheduler helper for userland sch */
 334 #define TDPRI_KERN_USER         10      /* kernel / block in syscall */
 335 #define TDPRI_KERN_DAEMON       12      /* kernel daemon (pageout, etc) */
 336 #define TDPRI_SOFT_NORM         14      /* kernel / normal */
 337 #define TDPRI_SOFT_TIMER        16      /* kernel / timer */
 338 #define TDPRI_EXITING           19      /* exiting thread */
 339 #define TDPRI_INT_SUPPORT       20      /* kernel / high priority support */
 340 #define TDPRI_INT_LOW           27      /* low priority interrupt */
 341 #define TDPRI_INT_MED           28      /* medium priority interrupt */
 342 #define TDPRI_INT_HIGH          29      /* high priority interrupt */
 343 #define TDPRI_MAX               31
 344
 345 /*
 346  * Scale is the approximate number of ticks for which we desire the
 347  * entire gd_tdrunq to get service.  With hz = 100 a scale of 8 is 80ms.
 348  *
 349  * Setting this value too small will result in inefficient switching
 350  * rates.
 351  */
 352 #define TDFAIRQ_SCALE           8
 353 #define TDFAIRQ_MAX(gd)         ((gd)->gd_fairq_total_pri * TDFAIRQ_SCALE)
 354
 355 #define LWKT_THREAD_STACK       (UPAGES * PAGE_SIZE)
 356
 357 #define CACHE_NTHREADS          6
 358
 359 #define IN_CRITICAL_SECT(td)    ((td)->td_critcount)
 360
 361 #ifdef _KERNEL
 362
 363 /*
 364  * Global tokens
 365  */
 366 extern struct lwkt_token pmap_token;
 367 extern struct lwkt_token dev_token;
 368 extern struct lwkt_token vm_token;
 369 extern struct lwkt_token vmspace_token;
 370 extern struct lwkt_token kvm_token;
 371 extern struct lwkt_token proc_token;
 372 extern struct lwkt_token tty_token;
 373 extern struct lwkt_token vnode_token;
 374
 375 /*
 376  * Procedures
 377  */
 378 extern void lwkt_init(void);
 379 extern struct thread *lwkt_alloc_thread(struct thread *, int, int, int);
 380 extern void lwkt_init_thread(struct thread *, void *, int, int,
 381                              struct globaldata *);
 382 extern void lwkt_set_comm(thread_t, const char *, ...) __printflike(2, 3);
 383 extern void lwkt_wait_free(struct thread *);
 384 extern void lwkt_free_thread(struct thread *);
 385 extern void lwkt_gdinit(struct globaldata *);
 386 extern void lwkt_switch(void);
 387 extern void lwkt_preempt(thread_t, int);
 388 extern void lwkt_schedule(thread_t);
 389 extern void lwkt_schedule_noresched(thread_t);
 390 extern void lwkt_schedule_self(thread_t);
 391 extern void lwkt_deschedule(thread_t);
 392 extern void lwkt_deschedule_self(thread_t);
 393 extern void lwkt_yield(void);
 394 extern void lwkt_user_yield(void);
 395 extern void lwkt_token_wait(void);
 396 extern void lwkt_hold(thread_t);
 397 extern void lwkt_rele(thread_t);
 398 extern void lwkt_passive_release(thread_t);
 399
 400 extern void lwkt_gettoken(lwkt_token_t);
 401 extern int  lwkt_trytoken(lwkt_token_t);
 402 extern void lwkt_reltoken(lwkt_token_t);
 403 extern int  lwkt_getalltokens(thread_t, const char **, const void **);
 404 extern void lwkt_relalltokens(thread_t);
 405 extern void lwkt_drain_token_requests(void);
 406 extern void lwkt_token_init(lwkt_token_t, int, const char *);
 407 extern void lwkt_token_uninit(lwkt_token_t);
 408
 409 extern void lwkt_token_pool_init(void);
 410 extern lwkt_token_t lwkt_token_pool_lookup(void *);
 411 extern lwkt_token_t lwkt_getpooltoken(void *);
 412
 413 extern void lwkt_setpri(thread_t, int);
 414 extern void lwkt_setpri_initial(thread_t, int);
 415 extern void lwkt_setpri_self(int);
 416 extern void lwkt_fairq_schedulerclock(thread_t td);
 417 extern void lwkt_fairq_setpri_self(int pri);
 418 extern int lwkt_fairq_push(int pri);
 419 extern void lwkt_fairq_pop(int pri);
 420 extern void lwkt_fairq_yield(void);
 421 extern void lwkt_setcpu_self(struct globaldata *);
 422 extern void lwkt_migratecpu(int);
 423
 424 #ifdef SMP
 425
 426 extern void lwkt_giveaway(struct thread *);
 427 extern void lwkt_acquire(struct thread *);
 428 extern int  lwkt_send_ipiq3(struct globaldata *, ipifunc3_t, void *, int);
 429 extern int  lwkt_send_ipiq3_passive(struct globaldata *, ipifunc3_t,
 430                                     void *, int);
 431 extern int  lwkt_send_ipiq3_nowait(struct globaldata *, ipifunc3_t,
 432                                    void *, int);
 433 extern int  lwkt_send_ipiq3_bycpu(int, ipifunc3_t, void *, int);
 434 extern int  lwkt_send_ipiq3_mask(cpumask_t, ipifunc3_t, void *, int);
 435 extern void lwkt_wait_ipiq(struct globaldata *, int);
 436 extern int  lwkt_seq_ipiq(struct globaldata *);
 437 extern void lwkt_process_ipiq(void);
 438 extern void lwkt_process_ipiq_frame(struct intrframe *);
 439 extern void lwkt_smp_stopped(void);
 440 extern void lwkt_synchronize_ipiqs(const char *);
 441
 442 #endif /* SMP */
 443
 444 extern void lwkt_cpusync_simple(cpumask_t, cpusync_func_t, void *);
 445 extern void lwkt_cpusync_fastdata(cpumask_t, cpusync_func2_t, void *);
 446 extern void lwkt_cpusync_start(cpumask_t, lwkt_cpusync_t);
 447 extern void lwkt_cpusync_add(cpumask_t, lwkt_cpusync_t);
 448 extern void lwkt_cpusync_finish(lwkt_cpusync_t);
 449
 450 extern void crit_panic(void);
 451 extern struct lwp *lwkt_preempted_proc(void);
 452
 453 extern int  lwkt_create (void (*func)(void *), void *, struct thread **,
 454                 struct thread *, int, int,
 455                 const char *, ...) __printflike(7, 8);
 456 extern void lwkt_exit (void) __dead2;
 457 extern void lwkt_remove_tdallq (struct thread *);
 458
 459 #endif
 460
 461 #endif
 462