Merge branch 'vendor/FILE'
[dragonfly.git] / 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_LOCK_H
32 #include <sys/lock.h>
33 #endif
34 #ifndef _SYS_SPINLOCK_H_
35 #include <sys/spinlock.h>
36 #endif
37 #ifndef _SYS_IOSCHED_H_
38 #include <sys/iosched.h>
39 #endif
40 #ifndef _MACHINE_THREAD_H_
41 #include <machine/thread.h>
42 #endif
43
44 struct globaldata;
45 struct lwp;
46 struct proc;
47 struct thread;
48 struct lwkt_queue;
49 struct lwkt_token;
50 struct lwkt_tokref;
51 struct lwkt_ipiq;
52 struct lwkt_cpu_msg;
53 struct lwkt_cpu_port;
54 struct lwkt_msg;
55 struct lwkt_port;
56 struct lwkt_cpusync;
57 union sysunion;
58
59 typedef struct lwkt_queue       *lwkt_queue_t;
60 typedef struct lwkt_token       *lwkt_token_t;
61 typedef struct lwkt_tokref      *lwkt_tokref_t;
62 typedef struct lwkt_cpu_msg     *lwkt_cpu_msg_t;
63 typedef struct lwkt_cpu_port    *lwkt_cpu_port_t;
64 typedef struct lwkt_ipiq        *lwkt_ipiq_t;
65 typedef struct lwkt_cpusync     *lwkt_cpusync_t;
66 typedef struct thread           *thread_t;
67
68 typedef TAILQ_HEAD(lwkt_queue, thread) lwkt_queue;
69
70 /*
71  * Differentiation between kernel threads and user threads.  Userland
72  * programs which want to access to kernel structures have to define
73  * _KERNEL_STRUCTURES.  This is a kinda safety valve to prevent badly
74  * written user programs from getting an LWKT thread that is neither the
75  * kernel nor the user version.
76  */
77 #if defined(_KERNEL) || defined(_KERNEL_STRUCTURES)
78 #ifndef _MACHINE_THREAD_H_
79 #include <machine/thread.h>             /* md_thread */
80 #endif
81 #ifndef _MACHINE_FRAME_H_
82 #include <machine/frame.h>
83 #endif
84 #else
85 struct intrframe;
86 #endif
87
88 /*
89  * Tokens are used to serialize access to information.  They are 'soft'
90  * serialization entities that only stay in effect while a thread is
91  * running.  If the thread blocks, other threads can run holding the same
92  * token(s).  The tokens are reacquired when the original thread resumes.
93  *
94  * A thread can depend on its serialization remaining intact through a
95  * preemption.  An interrupt which attempts to use the same token as the
96  * thread being preempted will reschedule itself for non-preemptive
97  * operation, so the new token code is capable of interlocking against
98  * interrupts as well as other cpus.  This means that your token can only
99  * be (temporarily) lost if you *explicitly* block.
100  *
101  * Tokens are managed through a helper reference structure, lwkt_tokref.  Each
102  * thread has a stack of tokref's to keep track of acquired tokens.  Multiple
103  * tokref's may reference the same token.
104  */
105
106 typedef struct lwkt_token {
107     struct lwkt_tokref  *t_ref;         /* Owning ref or NULL */
108     intptr_t            t_flags;        /* MP lock required */
109     long                t_collisions;   /* Collision counter */
110     cpumask_t           t_collmask;     /* Collision cpu mask for resched */
111     const char          *t_desc;        /* Descriptive name */
112 } lwkt_token;
113
114 /*
115  * Static initialization for a lwkt_token.
116  */
117 #define LWKT_TOKEN_INITIALIZER(name)    \
118 {                                       \
119         .t_ref = NULL,                  \
120         .t_flags = 0,                   \
121         .t_collisions = 0,              \
122         .t_collmask = 0,                \
123         .t_desc = #name                 \
124 }
125
126 /*
127  * Assert that a particular token is held
128  */
129 #define LWKT_TOKEN_HELD(tok)            _lwkt_token_held(tok, curthread)
130
131 #define ASSERT_LWKT_TOKEN_HELD(tok)     \
132         KKASSERT(LWKT_TOKEN_HELD(tok))
133
134 #define ASSERT_NO_TOKENS_HELD(td)       \
135         KKASSERT((td)->td_toks_stop == &td->td_toks_array[0])
136
137 /*
138  * Assert that a particular token is held and we are in a hard
139  * code execution section (interrupt, ipi, or hard code section).
140  * Hard code sections are not allowed to block or potentially block.
141  * e.g. lwkt_gettoken() would only be ok if the token were already
142  * held.
143  */
144 #define ASSERT_LWKT_TOKEN_HARD(tok)                                     \
145         do {                                                            \
146                 globaldata_t zgd __debugvar = mycpu;                    \
147                 KKASSERT((tok)->t_ref &&                                \
148                          (tok)->t_ref->tr_owner == zgd->gd_curthread && \
149                          zgd->gd_intr_nesting_level > 0);               \
150         } while(0)
151
152 /*
153  * Assert that a particular token is held and we are in a normal
154  * critical section.  Critical sections will not be preempted but
155  * can explicitly block (tsleep, lwkt_gettoken, etc).
156  */
157 #define ASSERT_LWKT_TOKEN_CRIT(tok)                                     \
158         do {                                                            \
159                 globaldata_t zgd __debugvar = mycpu;                    \
160                 KKASSERT((tok)->t_ref &&                                \
161                          (tok)->t_ref->tr_owner == zgd->gd_curthread && \
162                          zgd->gd_curthread->td_critcount > 0);          \
163         } while(0)
164
165 struct lwkt_tokref {
166     lwkt_token_t        tr_tok;         /* token in question */
167     struct thread       *tr_owner;      /* me */
168     intptr_t            tr_flags;       /* copy of t_flags */
169     const void          *tr_stallpc;    /* stalled at pc */
170 };
171
172 #define MAXCPUFIFO      16      /* power of 2 */
173 #define MAXCPUFIFO_MASK (MAXCPUFIFO - 1)
174 #define LWKT_MAXTOKENS  32      /* max tokens beneficially held by thread */
175
176 /*
177  * Always cast to ipifunc_t when registering an ipi.  The actual ipi function
178  * is called with both the data and an interrupt frame, but the ipi function
179  * that is registered might only declare a data argument.
180  */
181 typedef void (*ipifunc1_t)(void *arg);
182 typedef void (*ipifunc2_t)(void *arg, int arg2);
183 typedef void (*ipifunc3_t)(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
184
185 typedef struct lwkt_ipiq {
186     int         ip_rindex;      /* only written by target cpu */
187     int         ip_xindex;      /* written by target, indicates completion */
188     int         ip_windex;      /* only written by source cpu */
189     ipifunc3_t  ip_func[MAXCPUFIFO];
190     void        *ip_arg1[MAXCPUFIFO];
191     int         ip_arg2[MAXCPUFIFO];
192     u_int       ip_npoll;       /* synchronization to avoid excess IPIs */
193 } lwkt_ipiq;
194
195 /*
196  * CPU Synchronization structure.  See lwkt_cpusync_start() and
197  * lwkt_cpusync_finish() for more information.
198  */
199 typedef void (*cpusync_func_t)(void *arg);
200
201 struct lwkt_cpusync {
202     cpumask_t   cs_mask;                /* cpus running the sync */
203     cpumask_t   cs_mack;                /* mask acknowledge */
204     cpusync_func_t cs_func;             /* function to execute */
205     void        *cs_data;               /* function data */
206 };
207
208 /*
209  * The standard message and queue structure used for communications between
210  * cpus.  Messages are typically queued via a machine-specific non-linked
211  * FIFO matrix allowing any cpu to send a message to any other cpu without
212  * blocking.
213  */
214 typedef struct lwkt_cpu_msg {
215     void        (*cm_func)(lwkt_cpu_msg_t msg); /* primary dispatch function */
216     int         cm_code;                /* request code if applicable */
217     int         cm_cpu;                 /* reply to cpu */
218     thread_t    cm_originator;          /* originating thread for wakeup */
219 } lwkt_cpu_msg;
220
221 /*
222  * Thread structure.  Note that ownership of a thread structure is special
223  * cased and there is no 'token'.  A thread is always owned by the cpu
224  * represented by td_gd, any manipulation of the thread by some other cpu
225  * must be done through cpu_*msg() functions.  e.g. you could request
226  * ownership of a thread that way, or hand a thread off to another cpu.
227  *
228  * NOTE: td_ucred is synchronized from the p_ucred on user->kernel syscall,
229  *       trap, and AST/signal transitions to provide a stable ucred for
230  *       (primarily) system calls.  This field will be NULL for pure kernel
231  *       threads.
232  */
233 struct md_intr_info;
234 struct caps_kinfo;
235
236 struct thread {
237     TAILQ_ENTRY(thread) td_threadq;
238     TAILQ_ENTRY(thread) td_allq;
239     TAILQ_ENTRY(thread) td_sleepq;
240     lwkt_port   td_msgport;     /* built-in message port for replies */
241     struct lwp  *td_lwp;        /* (optional) associated lwp */
242     struct proc *td_proc;       /* (optional) associated process */
243     struct pcb  *td_pcb;        /* points to pcb and top of kstack */
244     struct globaldata *td_gd;   /* associated with this cpu */
245     const char  *td_wmesg;      /* string name for blockage */
246     const volatile void *td_wchan;      /* waiting on channel */
247     int         td_pri;         /* 0-31, 31=highest priority (note 1) */
248     int         td_critcount;   /* critical section priority */
249     int         td_flags;       /* TDF flags */
250     int         td_wdomain;     /* domain for wchan address (typ 0) */
251     void        (*td_preemptable)(struct thread *td, int critcount);
252     void        (*td_release)(struct thread *td);
253     char        *td_kstack;     /* kernel stack */
254     int         td_kstack_size; /* size of kernel stack */
255     char        *td_sp;         /* kernel stack pointer for LWKT restore */
256     void        (*td_switch)(struct thread *ntd);
257     __uint64_t  td_uticks;      /* Statclock hits in user mode (uS) */
258     __uint64_t  td_sticks;      /* Statclock hits in system mode (uS) */
259     __uint64_t  td_iticks;      /* Statclock hits processing intr (uS) */
260     int         td_locks;       /* lockmgr lock debugging */
261     void        *td_dsched_priv1;       /* priv data for I/O schedulers */
262     int         td_refs;        /* hold position in gd_tdallq / hold free */
263     int         td_nest_count;  /* prevent splz nesting */
264     int         td_unused01[2]; /* for future fields */
265 #ifdef SMP
266     int         td_cscount;     /* cpu synchronization master */
267 #else
268     int         td_cscount_unused;
269 #endif
270     int         td_unused02[4]; /* for future fields */
271     int         td_unused03[4]; /* for future fields */
272     struct iosched_data td_iosdata;     /* Dynamic I/O scheduling data */
273     struct timeval td_start;    /* start time for a thread/process */
274     char        td_comm[MAXCOMLEN+1]; /* typ 16+1 bytes */
275     struct thread *td_preempted; /* we preempted this thread */
276     struct ucred *td_ucred;             /* synchronized from p_ucred */
277     struct caps_kinfo *td_caps; /* list of client and server registrations */
278     lwkt_tokref_t td_toks_stop;
279     struct lwkt_tokref td_toks_array[LWKT_MAXTOKENS];
280     int         td_fairq_lticks;        /* fairq wakeup accumulator reset */
281     int         td_fairq_accum;         /* fairq priority accumulator */
282     const void  *td_mplock_stallpc;     /* last mplock stall address */
283 #ifdef DEBUG_CRIT_SECTIONS
284 #define CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE   32
285 #define CRIT_DEBUG_ARRAY_MASK   (CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE - 1)
286     const char  *td_crit_debug_array[CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE];
287     int         td_crit_debug_index;
288     int         td_in_crit_report;      
289 #endif
290     struct md_thread td_mach;
291 #ifdef DEBUG_LOCKS
292 #define SPINLOCK_DEBUG_ARRAY_SIZE       32
293    int  td_spinlock_stack_id[SPINLOCK_DEBUG_ARRAY_SIZE];
294    struct spinlock *td_spinlock_stack[SPINLOCK_DEBUG_ARRAY_SIZE];
295    void         *td_spinlock_caller_pc[SPINLOCK_DEBUG_ARRAY_SIZE];
296
297     /*
298      * Track lockmgr locks held; lk->lk_filename:lk->lk_lineno is the holder
299      */
300 #define LOCKMGR_DEBUG_ARRAY_SIZE        8
301     int         td_lockmgr_stack_id[LOCKMGR_DEBUG_ARRAY_SIZE];
302     struct lock *td_lockmgr_stack[LOCKMGR_DEBUG_ARRAY_SIZE];
303 #endif
304 };
305
306 #define td_toks_base            td_toks_array[0]
307 #define td_toks_end             td_toks_array[LWKT_MAXTOKENS]
308
309 #define TD_TOKS_HELD(td)        ((td)->td_toks_stop != &(td)->td_toks_base)
310 #define TD_TOKS_NOT_HELD(td)    ((td)->td_toks_stop == &(td)->td_toks_base)
311
312 /*
313  * Thread flags.  Note that TDF_RUNNING is cleared on the old thread after
314  * we switch to the new one, which is necessary because LWKTs don't need
315  * to hold the BGL.  This flag is used by the exit code and the managed
316  * thread migration code.  Note in addition that preemption will cause
317  * TDF_RUNNING to be cleared temporarily, so any code checking TDF_RUNNING
318  * must also check TDF_PREEMPT_LOCK.
319  *
320  * LWKT threads stay on their (per-cpu) run queue while running, not to
321  * be confused with user processes which are removed from the user scheduling
322  * run queue while actually running.
323  *
324  * td_threadq can represent the thread on one of three queues... the LWKT
325  * run queue, a tsleep queue, or an lwkt blocking queue.  The LWKT subsystem
326  * does not allow a thread to be scheduled if it already resides on some
327  * queue.
328  */
329 #define TDF_RUNNING             0x0001  /* thread still active */
330 #define TDF_RUNQ                0x0002  /* on an LWKT run queue */
331 #define TDF_PREEMPT_LOCK        0x0004  /* I have been preempted */
332 #define TDF_PREEMPT_DONE        0x0008  /* acknowledge preemption complete */
333 #define TDF_UNUSED00000010      0x0010
334 #define TDF_MIGRATING           0x0020  /* thread is being migrated */
335 #define TDF_SINTR               0x0040  /* interruptability hint for 'ps' */
336 #define TDF_TSLEEPQ             0x0080  /* on a tsleep wait queue */
337
338 #define TDF_SYSTHREAD           0x0100  /* allocations may use reserve */
339 #define TDF_ALLOCATED_THREAD    0x0200  /* objcache allocated thread */
340 #define TDF_ALLOCATED_STACK     0x0400  /* objcache allocated stack */
341 #define TDF_VERBOSE             0x0800  /* verbose on exit */
342 #define TDF_DEADLKTREAT         0x1000  /* special lockmgr deadlock treatment */
343 #define TDF_STOPREQ             0x2000  /* suspend_kproc */
344 #define TDF_WAKEREQ             0x4000  /* resume_kproc */
345 #define TDF_TIMEOUT             0x8000  /* tsleep timeout */
346 #define TDF_INTTHREAD           0x00010000      /* interrupt thread */
347 #define TDF_TSLEEP_DESCHEDULED  0x00020000      /* tsleep core deschedule */
348 #define TDF_BLOCKED             0x00040000      /* Thread is blocked */
349 #define TDF_PANICWARN           0x00080000      /* panic warning in switch */
350 #define TDF_BLOCKQ              0x00100000      /* on block queue */
351 #define TDF_UNUSED00200000      0x00200000
352 #define TDF_EXITING             0x00400000      /* thread exiting */
353 #define TDF_USINGFP             0x00800000      /* thread using fp coproc */
354 #define TDF_KERNELFP            0x01000000      /* kernel using fp coproc */
355 #define TDF_UNUSED02000000      0x02000000
356 #define TDF_CRYPTO              0x04000000      /* crypto thread */
357 #define TDF_MARKER              0x80000000      /* fairq marker thread */
358
359 /*
360  * Thread priorities.  Typically only one thread from any given
361  * user process scheduling queue is on the LWKT run queue at a time.
362  * Remember that there is one LWKT run queue per cpu.
363  *
364  * Critical sections are handled by bumping td_pri above TDPRI_MAX, which
365  * causes interrupts to be masked as they occur.  When this occurs a
366  * rollup flag will be set in mycpu->gd_reqflags.
367  */
368 #define TDPRI_IDLE_THREAD       0       /* the idle thread */
369 #define TDPRI_IDLE_WORK         1       /* idle work (page zero, etc) */
370 #define TDPRI_USER_SCHEDULER    2       /* user scheduler helper */
371 #define TDPRI_USER_IDLE         4       /* user scheduler idle */
372 #define TDPRI_USER_NORM         6       /* user scheduler normal */
373 #define TDPRI_USER_REAL         8       /* user scheduler real time */
374 #define TDPRI_KERN_LPSCHED      9       /* scheduler helper for userland sch */
375 #define TDPRI_KERN_USER         10      /* kernel / block in syscall */
376 #define TDPRI_KERN_DAEMON       12      /* kernel daemon (pageout, etc) */
377 #define TDPRI_SOFT_NORM         14      /* kernel / normal */
378 #define TDPRI_SOFT_TIMER        16      /* kernel / timer */
379 #define TDPRI_EXITING           19      /* exiting thread */
380 #define TDPRI_INT_SUPPORT       20      /* kernel / high priority support */
381 #define TDPRI_INT_LOW           27      /* low priority interrupt */
382 #define TDPRI_INT_MED           28      /* medium priority interrupt */
383 #define TDPRI_INT_HIGH          29      /* high priority interrupt */
384 #define TDPRI_MAX               31
385
386 /*
387  * Scale is the approximate number of ticks for which we desire the
388  * entire gd_tdrunq to get service.  With hz = 100 a scale of 8 is 80ms.
389  *
390  * Setting this value too small will result in inefficient switching
391  * rates.
392  */
393 #define TDFAIRQ_SCALE           8
394 #define TDFAIRQ_MAX(gd)         ((gd)->gd_fairq_total_pri * TDFAIRQ_SCALE)
395
396 #define LWKT_THREAD_STACK       (UPAGES * PAGE_SIZE)
397
398 #define CACHE_NTHREADS          6
399
400 #define IN_CRITICAL_SECT(td)    ((td)->td_critcount)
401
402 #ifdef _KERNEL
403
404 /*
405  * Global tokens
406  */
407 extern struct lwkt_token mp_token;
408 extern struct lwkt_token pmap_token;
409 extern struct lwkt_token dev_token;
410 extern struct lwkt_token vm_token;
411 extern struct lwkt_token vmspace_token;
412 extern struct lwkt_token kvm_token;
413 extern struct lwkt_token proc_token;
414 extern struct lwkt_token tty_token;
415 extern struct lwkt_token vnode_token;
416 extern struct lwkt_token vmobj_token;
417
418 /*
419  * Procedures
420  */
421 extern void lwkt_init(void);
422 extern struct thread *lwkt_alloc_thread(struct thread *, int, int, int);
423 extern void lwkt_init_thread(struct thread *, void *, int, int,
424                              struct globaldata *);
425 extern void lwkt_set_comm(thread_t, const char *, ...) __printflike(2, 3);
426 extern void lwkt_wait_free(struct thread *);
427 extern void lwkt_free_thread(struct thread *);
428 extern void lwkt_gdinit(struct globaldata *);
429 extern void lwkt_switch(void);
430 extern void lwkt_preempt(thread_t, int);
431 extern void lwkt_schedule(thread_t);
432 extern void lwkt_schedule_noresched(thread_t);
433 extern void lwkt_schedule_self(thread_t);
434 extern void lwkt_deschedule(thread_t);
435 extern void lwkt_deschedule_self(thread_t);
436 extern void lwkt_yield(void);
437 extern void lwkt_user_yield(void);
438 extern void lwkt_token_wait(void);
439 extern void lwkt_hold(thread_t);
440 extern void lwkt_rele(thread_t);
441 extern void lwkt_passive_release(thread_t);
442 extern void lwkt_maybe_splz(thread_t);
443
444 extern void lwkt_gettoken(lwkt_token_t);
445 extern void lwkt_gettoken_hard(lwkt_token_t);
446 extern int  lwkt_trytoken(lwkt_token_t);
447 extern void lwkt_reltoken(lwkt_token_t);
448 extern void lwkt_reltoken_hard(lwkt_token_t);
449 extern int  lwkt_cnttoken(lwkt_token_t, thread_t);
450 extern int  lwkt_getalltokens(thread_t);
451 extern void lwkt_relalltokens(thread_t);
452 extern void lwkt_drain_token_requests(void);
453 extern void lwkt_token_init(lwkt_token_t, const char *);
454 extern void lwkt_token_uninit(lwkt_token_t);
455
456 extern void lwkt_token_pool_init(void);
457 extern lwkt_token_t lwkt_token_pool_lookup(void *);
458 extern lwkt_token_t lwkt_getpooltoken(void *);
459 extern void lwkt_relpooltoken(void *);
460
461 extern void lwkt_setpri(thread_t, int);
462 extern void lwkt_setpri_initial(thread_t, int);
463 extern void lwkt_setpri_self(int);
464 extern void lwkt_fairq_schedulerclock(thread_t td);
465 extern void lwkt_fairq_setpri_self(int pri);
466 extern int lwkt_fairq_push(int pri);
467 extern void lwkt_fairq_pop(int pri);
468 extern void lwkt_fairq_yield(void);
469 extern void lwkt_setcpu_self(struct globaldata *);
470 extern void lwkt_migratecpu(int);
471
472 #ifdef SMP
473
474 extern void lwkt_giveaway(struct thread *);
475 extern void lwkt_acquire(struct thread *);
476 extern int  lwkt_send_ipiq3(struct globaldata *, ipifunc3_t, void *, int);
477 extern int  lwkt_send_ipiq3_passive(struct globaldata *, ipifunc3_t,
478                                     void *, int);
479 extern int  lwkt_send_ipiq3_nowait(struct globaldata *, ipifunc3_t,
480                                    void *, int);
481 extern int  lwkt_send_ipiq3_bycpu(int, ipifunc3_t, void *, int);
482 extern int  lwkt_send_ipiq3_mask(cpumask_t, ipifunc3_t, void *, int);
483 extern void lwkt_wait_ipiq(struct globaldata *, int);
484 extern int  lwkt_seq_ipiq(struct globaldata *);
485 extern void lwkt_process_ipiq(void);
486 extern void lwkt_process_ipiq_frame(struct intrframe *);
487 extern void lwkt_smp_stopped(void);
488 extern void lwkt_synchronize_ipiqs(const char *);
489
490 #endif /* SMP */
491
492 /* lwkt_cpusync_init() - inline function in sys/thread2.h */
493 extern void lwkt_cpusync_simple(cpumask_t, cpusync_func_t, void *);
494 extern void lwkt_cpusync_interlock(lwkt_cpusync_t);
495 extern void lwkt_cpusync_deinterlock(lwkt_cpusync_t);
496
497 extern void crit_panic(void) __dead2;
498 extern struct lwp *lwkt_preempted_proc(void);
499
500 extern int  lwkt_create (void (*func)(void *), void *, struct thread **,
501                 struct thread *, int, int,
502                 const char *, ...) __printflike(7, 8);
503 extern void lwkt_exit (void) __dead2;
504 extern void lwkt_remove_tdallq (struct thread *);
505
506 #endif
507
508 #endif
509