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 1.83 2006/05/29 07:29:15 dillon 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 _MACHINE_THREAD_H_
  35 #include <machine/thread.h>
  36 #endif
  37
  38 struct globaldata;
  39 struct lwp;
  40 struct proc;
  41 struct thread;
  42 struct lwkt_queue;
  43 struct lwkt_token;
  44 struct lwkt_tokref;
  45 struct lwkt_wait;
  46 struct lwkt_ipiq;
  47 struct lwkt_cpu_msg;
  48 struct lwkt_cpu_port;
  49 struct lwkt_rwlock;
  50 struct lwkt_msg;
  51 struct lwkt_port;
  52 struct lwkt_cpusync;
  53 union sysunion;
  54
  55 typedef struct lwkt_queue       *lwkt_queue_t;
  56 typedef struct lwkt_token       *lwkt_token_t;
  57 typedef struct lwkt_tokref      *lwkt_tokref_t;
  58 typedef struct lwkt_wait        *lwkt_wait_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_rwlock      *lwkt_rwlock_t;
  62 typedef struct lwkt_ipiq        *lwkt_ipiq_t;
  63 typedef struct lwkt_cpusync     *lwkt_cpusync_t;
  64 typedef struct thread           *thread_t;
  65
  66 typedef TAILQ_HEAD(lwkt_queue, thread) lwkt_queue;
  67
  68 /*
  69  * Differentiation between kernel threads and user threads.  Userland
  70  * programs which want to access to kernel structures have to define
  71  * _KERNEL_STRUCTURES.  This is a kinda safety valve to prevent badly
  72  * written user programs from getting an LWKT thread that is neither the
  73  * kernel nor the user version.
  74  */
  75 #if defined(_KERNEL) || defined(_KERNEL_STRUCTURES)
  76 #ifndef _MACHINE_THREAD_H_
  77 #include <machine/thread.h>             /* md_thread */
  78 #endif
  79 #ifndef _MACHINE_FRAME_H_
  80 #include <machine/frame.h>
  81 #endif
  82 #else
  83 struct intrframe;
  84 #endif
  85
  86 /*
  87  * Tokens are used to serialize access to information.  They are 'soft'
  88  * serialization entities that only stay in effect while a thread is
  89  * running.  If the thread blocks, other threads can run holding the same
  90  * token(s).  The tokens are reacquired when the original thread resumes.
  91  *
  92  * A thread can depend on its serialization remaining intact through a
  93  * preemption.  An interrupt which attempts to use the same token as the
  94  * thread being preempted will reschedule itself for non-preemptive
  95  * operation, so the new token code is capable of interlocking against
  96  * interrupts as well as other cpus.
  97  *
  98  * Tokens are managed through a helper reference structure, lwkt_tokref,
  99  * which is typically declared on the caller's stack.  Multiple tokref's
 100  * may reference the same token.
 101  *
 102  * We do not actually have to track any information in the token itself
 103  * on UP systems.  Simply linking the reference into the thread's td_toks
 104  * list is sufficient.  We still track a global t_globalcount on UP for
 105  * debugging purposes.
 106  */
 107 #ifdef SMP
 108
 109 typedef struct lwkt_token {
 110     struct spinlock     t_spinlock;     /* Controls access */
 111     struct thread       *t_owner;       /* The current owner of the token */
 112     int                 t_count;        /* Per-thread count */
 113 } lwkt_token;
 114
 115 #else
 116
 117 typedef struct lwkt_token {
 118     struct spinlock     t_unused01;
 119     struct thread       *t_unused02;
 120     int                 t_globalcount;  /* Global reference count */
 121 } lwkt_token;
 122
 123 #endif
 124
 125 typedef struct lwkt_tokref {
 126     lwkt_token_t        tr_tok;         /* token in question */
 127     lwkt_tokref_t       tr_next;        /* linked list */
 128     int                 tr_state;       /* 0 = don't have, 1 = have */
 129 } lwkt_tokref;
 130
 131 #define LWKT_TOKREF_INIT(tok)           \
 132                         { tok, NULL, 0 }
 133 #define LWKT_TOKREF_DECLARE(name, tok)  \
 134                         lwkt_tokref name = LWKT_TOKREF_INIT(tok)
 135
 136 /*
 137  * Wait structures deal with blocked threads.  Due to the way remote cpus
 138  * interact with these structures stable storage must be used.
 139  */
 140 typedef struct lwkt_wait {
 141     lwkt_queue  wa_waitq;       /* list of waiting threads */
 142     struct spinlock wa_spinlock;
 143     int         wa_gen;
 144     int         wa_count;
 145 } lwkt_wait;
 146
 147 #define MAXCPUFIFO      16      /* power of 2 */
 148 #define MAXCPUFIFO_MASK (MAXCPUFIFO - 1)
 149 #define LWKT_MAXTOKENS  16      /* max tokens beneficially held by thread */
 150
 151 /*
 152  * Always cast to ipifunc_t when registering an ipi.  The actual ipi function
 153  * is called with both the data and an interrupt frame, but the ipi function
 154  * that is registered might only declare a data argument.
 155  */
 156 typedef void (*ipifunc1_t)(void *arg);
 157 typedef void (*ipifunc2_t)(void *arg, int arg2);
 158 typedef void (*ipifunc3_t)(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
 159
 160 typedef struct lwkt_ipiq {
 161     int         ip_rindex;      /* only written by target cpu */
 162     int         ip_xindex;      /* written by target, indicates completion */
 163     int         ip_windex;      /* only written by source cpu */
 164     ipifunc3_t  ip_func[MAXCPUFIFO];
 165     void        *ip_arg1[MAXCPUFIFO];
 166     int         ip_arg2[MAXCPUFIFO];
 167     u_int       ip_npoll;       /* synchronization to avoid excess IPIs */
 168 } lwkt_ipiq;
 169
 170 /*
 171  * CPU Synchronization structure.  See lwkt_cpusync_start() and
 172  * lwkt_cpusync_finish() for more information.
 173  */
 174 typedef void (*cpusync_func_t)(lwkt_cpusync_t poll);
 175 typedef void (*cpusync_func2_t)(void *data);
 176
 177 struct lwkt_cpusync {
 178     cpusync_func_t cs_run_func;         /* run (tandem w/ acquire) */
 179     cpusync_func_t cs_fin1_func;        /* fin1 (synchronized) */
 180     cpusync_func2_t cs_fin2_func;       /* fin2 (tandem w/ release) */
 181     void        *cs_data;
 182     int         cs_maxcount;
 183     volatile int cs_count;
 184     cpumask_t   cs_mask;
 185 };
 186
 187 /*
 188  * The standard message and queue structure used for communications between
 189  * cpus.  Messages are typically queued via a machine-specific non-linked
 190  * FIFO matrix allowing any cpu to send a message to any other cpu without
 191  * blocking.
 192  */
 193 typedef struct lwkt_cpu_msg {
 194     void        (*cm_func)(lwkt_cpu_msg_t msg); /* primary dispatch function */
 195     int         cm_code;                /* request code if applicable */
 196     int         cm_cpu;                 /* reply to cpu */
 197     thread_t    cm_originator;          /* originating thread for wakeup */
 198 } lwkt_cpu_msg;
 199
 200 /*
 201  * reader/writer lock
 202  */
 203 typedef struct lwkt_rwlock {
 204     lwkt_wait   rw_wait;
 205     thread_t    rw_owner;
 206     int         rw_count;
 207     int         rw_requests;
 208 } lwkt_rwlock;
 209
 210 #define rw_spinlock     rw_wait.wa_spinlock
 211
 212 /*
 213  * Thread structure.  Note that ownership of a thread structure is special
 214  * cased and there is no 'token'.  A thread is always owned by the cpu
 215  * represented by td_gd, any manipulation of the thread by some other cpu
 216  * must be done through cpu_*msg() functions.  e.g. you could request
 217  * ownership of a thread that way, or hand a thread off to another cpu.
 218  *
 219  * NOTE: td_pri is bumped by TDPRI_CRIT when entering a critical section,
 220  * but this does not effect how the thread is scheduled by LWKT.
 221  */
 222 struct md_intr_info;
 223 struct caps_kinfo;
 224
 225 struct thread {
 226     TAILQ_ENTRY(thread) td_threadq;
 227     TAILQ_ENTRY(thread) td_allq;
 228     lwkt_port   td_msgport;     /* built-in message port for replies */
 229     struct lwp  *td_lwp;        /* (optional) associated lwp */
 230     struct proc *td_proc;       /* (optional) associated process */
 231     struct pcb  *td_pcb;        /* points to pcb and top of kstack */
 232     struct globaldata *td_gd;   /* associated with this cpu */
 233     const char  *td_wmesg;      /* string name for blockage */
 234     void        *td_wchan;      /* waiting on channel */
 235     int         td_pri;         /* 0-31, 31=highest priority (note 1) */
 236     int         td_flags;       /* TDF flags */
 237     int         td_wdomain;     /* domain for wchan address (typ 0) */
 238     void        (*td_preemptable)(struct thread *td, int critpri);
 239     void        (*td_release)(struct thread *td);
 240     char        *td_kstack;     /* kernel stack */
 241     int         td_kstack_size; /* size of kernel stack */
 242     char        *td_sp;         /* kernel stack pointer for LWKT restore */
 243     void        (*td_switch)(struct thread *ntd);
 244     lwkt_wait_t td_wait;        /* thread sitting on wait structure */
 245     __uint64_t  td_uticks;      /* Statclock hits in user mode (uS) */
 246     __uint64_t  td_sticks;      /* Statclock hits in system mode (uS) */
 247     __uint64_t  td_iticks;      /* Statclock hits processing intr (uS) */
 248     int         td_locks;       /* lockmgr lock debugging */
 249     int         td_unused01;
 250     int         td_refs;        /* hold position in gd_tdallq / hold free */
 251     int         td_nest_count;  /* prevent splz nesting */
 252 #ifdef SMP
 253     int         td_mpcount;     /* MP lock held (count) */
 254     int         td_cscount;     /* cpu synchronization master */
 255 #else
 256     int         td_mpcount_unused;      /* filler so size matches */
 257     int         td_cscount_unused;
 258 #endif
 259     struct timeval td_start;    /* start time for a thread/process */
 260     char        td_comm[MAXCOMLEN+1]; /* typ 16+1 bytes */
 261     struct thread *td_preempted; /* we preempted this thread */
 262     struct caps_kinfo *td_caps; /* list of client and server registrations */
 263     lwkt_tokref_t td_toks;      /* tokens beneficially held */
 264 #ifdef DEBUG_CRIT_SECTIONS
 265 #define CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE   32
 266 #define CRIT_DEBUG_ARRAY_MASK   (CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE - 1)
 267     const char  *td_crit_debug_array[CRIT_DEBUG_ARRAY_SIZE];
 268     int         td_crit_debug_index;
 269     int         td_in_crit_report;
 270 #endif
 271     struct md_thread td_mach;
 272 };
 273
 274 /*
 275  * Thread flags.  Note that TDF_RUNNING is cleared on the old thread after
 276  * we switch to the new one, which is necessary because LWKTs don't need
 277  * to hold the BGL.  This flag is used by the exit code and the managed
 278  * thread migration code.  Note in addition that preemption will cause
 279  * TDF_RUNNING to be cleared temporarily, so any code checking TDF_RUNNING
 280  * must also check TDF_PREEMPT_LOCK.
 281  *
 282  * LWKT threads stay on their (per-cpu) run queue while running, not to
 283  * be confused with user processes which are removed from the user scheduling
 284  * run queue while actually running.
 285  *
 286  * td_threadq can represent the thread on one of three queues... the LWKT
 287  * run queue, a tsleep queue, or an lwkt blocking queue.  The LWKT subsystem
 288  * does not allow a thread to be scheduled if it already resides on some
 289  * queue.
 290  */
 291 #define TDF_RUNNING             0x0001  /* thread still active */
 292 #define TDF_RUNQ                0x0002  /* on an LWKT run queue */
 293 #define TDF_PREEMPT_LOCK        0x0004  /* I have been preempted */
 294 #define TDF_PREEMPT_DONE        0x0008  /* acknowledge preemption complete */
 295 #define TDF_IDLE_NOHLT          0x0010  /* we need to spin */
 296 #define TDF_MIGRATING           0x0020  /* thread is being migrated */
 297 #define TDF_SINTR               0x0040  /* interruptability hint for 'ps' */
 298 #define TDF_TSLEEPQ             0x0080  /* on a tsleep wait queue */
 299
 300 #define TDF_SYSTHREAD           0x0100  /* system thread */
 301 #define TDF_ALLOCATED_THREAD    0x0200  /* zalloc allocated thread */
 302 #define TDF_ALLOCATED_STACK     0x0400  /* zalloc allocated stack */
 303 #define TDF_VERBOSE             0x0800  /* verbose on exit */
 304 #define TDF_DEADLKTREAT         0x1000  /* special lockmgr deadlock treatment */
 305 #define TDF_STOPREQ             0x2000  /* suspend_kproc */
 306 #define TDF_WAKEREQ             0x4000  /* resume_kproc */
 307 #define TDF_TIMEOUT             0x8000  /* tsleep timeout */
 308 #define TDF_INTTHREAD           0x00010000      /* interrupt thread */
 309 #define TDF_NORESCHED           0x00020000      /* Do not reschedule on wake */
 310 #define TDF_BLOCKED             0x00040000      /* Thread is blocked */
 311 #define TDF_PANICWARN           0x00080000      /* panic warning in switch */
 312 #define TDF_BLOCKQ              0x00100000      /* on block queue */
 313 #define TDF_MPSAFE              0x00200000      /* (thread creation) */
 314 #define TDF_EXITING             0x00400000      /* thread exiting */
 315
 316 /*
 317  * Thread priorities.  Typically only one thread from any given
 318  * user process scheduling queue is on the LWKT run queue at a time.
 319  * Remember that there is one LWKT run queue per cpu.
 320  *
 321  * Critical sections are handled by bumping td_pri above TDPRI_MAX, which
 322  * causes interrupts to be masked as they occur.  When this occurs a
 323  * rollup flag will be set in mycpu->gd_reqflags.
 324  */
 325 #define TDPRI_IDLE_THREAD       0       /* the idle thread */
 326 #define TDPRI_USER_IDLE         4       /* user scheduler idle */
 327 #define TDPRI_USER_NORM         6       /* user scheduler normal */
 328 #define TDPRI_USER_REAL         8       /* user scheduler real time */
 329 #define TDPRI_KERN_LPSCHED      9       /* scheduler helper for userland sch */
 330 #define TDPRI_KERN_USER         10      /* kernel / block in syscall */
 331 #define TDPRI_KERN_DAEMON       12      /* kernel daemon (pageout, etc) */
 332 #define TDPRI_SOFT_NORM         14      /* kernel / normal */
 333 #define TDPRI_SOFT_TIMER        16      /* kernel / timer */
 334 #define TDPRI_EXITING           19      /* exiting thread */
 335 #define TDPRI_INT_SUPPORT       20      /* kernel / high priority support */
 336 #define TDPRI_INT_LOW           27      /* low priority interrupt */
 337 #define TDPRI_INT_MED           28      /* medium priority interrupt */
 338 #define TDPRI_INT_HIGH          29      /* high priority interrupt */
 339 #define TDPRI_MAX               31
 340
 341 #define TDPRI_MASK              31
 342 #define TDPRI_CRIT              32      /* high bits of td_pri used for crit */
 343
 344 #ifdef _KERNEL
 345 #define LWKT_THREAD_STACK       (UPAGES * PAGE_SIZE)
 346 #endif
 347
 348 #define CACHE_NTHREADS          6
 349
 350 #define IN_CRITICAL_SECT(td)    ((td)->td_pri >= TDPRI_CRIT)
 351
 352 #ifdef _KERNEL
 353
 354 extern struct vm_zone   *thread_zone;
 355
 356 #endif
 357
 358 /*
 359  * Applies both to the kernel and to liblwkt.
 360  */
 361 extern struct thread *lwkt_alloc_thread(struct thread *template, int stksize,
 362         int cpu, int flags);
 363 extern void lwkt_init_thread(struct thread *td, void *stack, int stksize,
 364         int flags, struct globaldata *gd);
 365 extern void lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...);
 366 extern void lwkt_wait_free(struct thread *td);
 367 extern void lwkt_free_thread(struct thread *td);
 368 extern void lwkt_wait_init(struct lwkt_wait *w);
 369 extern void lwkt_gdinit(struct globaldata *gd);
 370 extern void lwkt_switch(void);
 371 extern void lwkt_preempt(thread_t ntd, int critpri);
 372 extern void lwkt_schedule(thread_t td);
 373 extern void lwkt_schedule_self(thread_t td);
 374 extern void lwkt_deschedule(thread_t td);
 375 extern void lwkt_deschedule_self(thread_t td);
 376 extern void lwkt_yield(void);
 377 extern void lwkt_yield_quick(void);
 378 extern void lwkt_token_wait(void);
 379 extern void lwkt_hold(thread_t td);
 380 extern void lwkt_rele(thread_t td);
 381
 382 extern void lwkt_block(lwkt_wait_t w, const char *wmesg, int *gen);
 383 extern void lwkt_signal(lwkt_wait_t w, int count);
 384
 385 extern void lwkt_gettoken(lwkt_tokref_t ref, lwkt_token_t tok);
 386 extern int lwkt_trytoken(lwkt_tokref_t ref, lwkt_token_t tok);
 387 extern void lwkt_gettokref(lwkt_tokref_t ref);
 388 extern int  lwkt_trytokref(lwkt_tokref_t ref);
 389 extern void lwkt_reltoken(lwkt_tokref_t ref);
 390 extern int  lwkt_getalltokens(thread_t td);
 391 extern void lwkt_relalltokens(thread_t td);
 392 extern void lwkt_drain_token_requests(void);
 393 extern void lwkt_token_init(lwkt_token_t tok);
 394 extern void lwkt_token_uninit(lwkt_token_t tok);
 395
 396 extern void lwkt_token_pool_init(void);
 397 extern lwkt_token_t lwkt_token_pool_get(void *ptraddr);
 398
 399 extern void lwkt_rwlock_init(lwkt_rwlock_t lock);
 400 extern void lwkt_rwlock_uninit(lwkt_rwlock_t lock);
 401 extern void lwkt_exlock(lwkt_rwlock_t lock, const char *wmesg);
 402 extern void lwkt_shlock(lwkt_rwlock_t lock, const char *wmesg);
 403 extern void lwkt_exunlock(lwkt_rwlock_t lock);
 404 extern void lwkt_shunlock(lwkt_rwlock_t lock);
 405
 406 extern void lwkt_setpri(thread_t td, int pri);
 407 extern void lwkt_setpri_self(int pri);
 408 extern int  lwkt_checkpri_self(void);
 409 extern void lwkt_setcpu_self(struct globaldata *rgd);
 410 extern void lwkt_migratecpu(int cpuid);
 411
 412 #ifdef SMP
 413
 414 extern void lwkt_giveaway(struct thread *);
 415 extern void lwkt_acquire(struct thread *);
 416 extern int  lwkt_send_ipiq3(struct globaldata *targ, ipifunc3_t func,
 417                                 void *arg1, int arg2);
 418 extern int  lwkt_send_ipiq3_passive(struct globaldata *targ, ipifunc3_t func,
 419                                 void *arg1, int arg2);
 420 extern int  lwkt_send_ipiq3_nowait(struct globaldata *targ, ipifunc3_t func,
 421                                 void *arg1, int arg2);
 422 extern int  lwkt_send_ipiq3_bycpu(int dcpu, ipifunc3_t func,
 423                                 void *arg1, int arg2);
 424 extern int  lwkt_send_ipiq3_mask(cpumask_t mask, ipifunc3_t func,
 425                                 void *arg1, int arg2);
 426 extern void lwkt_wait_ipiq(struct globaldata *targ, int seq);
 427 extern int  lwkt_seq_ipiq(struct globaldata *targ);
 428 extern void lwkt_process_ipiq(void);
 429 #ifdef _KERNEL
 430 extern void lwkt_process_ipiq_frame(struct intrframe frame);
 431 #endif
 432 extern void lwkt_smp_stopped(void);
 433
 434 #endif /* SMP */
 435
 436 extern void lwkt_cpusync_simple(cpumask_t mask, cpusync_func_t func, void *data);
 437 extern void lwkt_cpusync_fastdata(cpumask_t mask, cpusync_func2_t func, void *data);
 438 extern void lwkt_cpusync_start(cpumask_t mask, lwkt_cpusync_t poll);
 439 extern void lwkt_cpusync_add(cpumask_t mask, lwkt_cpusync_t poll);
 440 extern void lwkt_cpusync_finish(lwkt_cpusync_t poll);
 441
 442 extern void crit_panic(void);
 443 extern struct lwp *lwkt_preempted_proc(void);
 444
 445 extern int  lwkt_create (void (*func)(void *), void *arg, struct thread **ptd,
 446                             struct thread *template, int tdflags, int cpu,
 447                             const char *ctl, ...);
 448 extern void lwkt_exit (void) __dead2;
 449 extern void lwkt_mp_lock_contested(void);
 450
 451 #endif
 452