sys/kern/lwkt_token.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003,2004 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/lwkt_token.c,v 1.10 2004/09/21 18:46:00 joerg Exp $
  35  */
  36
  37 #ifdef _KERNEL
  38
  39 #include <sys/param.h>
  40 #include <sys/systm.h>
  41 #include <sys/kernel.h>
  42 #include <sys/proc.h>
  43 #include <sys/rtprio.h>
  44 #include <sys/queue.h>
  45 #include <sys/thread2.h>
  46 #include <sys/sysctl.h>
  47 #include <sys/kthread.h>
  48 #include <machine/cpu.h>
  49 #include <sys/lock.h>
  50 #include <sys/caps.h>
  51
  52 #include <vm/vm.h>
  53 #include <vm/vm_param.h>
  54 #include <vm/vm_kern.h>
  55 #include <vm/vm_object.h>
  56 #include <vm/vm_page.h>
  57 #include <vm/vm_map.h>
  58 #include <vm/vm_pager.h>
  59 #include <vm/vm_extern.h>
  60 #include <vm/vm_zone.h>
  61
  62 #include <machine/stdarg.h>
  63 #include <machine/ipl.h>
  64 #include <machine/smp.h>
  65
  66 #define THREAD_STACK    (UPAGES * PAGE_SIZE)
  67
  68 #else
  69
  70 #include <sys/stdint.h>
  71 #include <libcaps/thread.h>
  72 #include <sys/thread.h>
  73 #include <sys/msgport.h>
  74 #include <sys/errno.h>
  75 #include <libcaps/globaldata.h>
  76 #include <machine/cpufunc.h>
  77 #include <sys/thread2.h>
  78 #include <sys/msgport2.h>
  79 #include <stdio.h>
  80 #include <stdlib.h>
  81 #include <string.h>
  82 #include <machine/lock.h>
  83 #include <machine/cpu.h>
  84
  85 #endif
  86
  87 #define MAKE_TOKENS_SPIN
  88 /* #define MAKE_TOKENS_YIELD */
  89
  90 #ifndef LWKT_NUM_POOL_TOKENS
  91 #define LWKT_NUM_POOL_TOKENS    1024    /* power of 2 */
  92 #endif
  93 #define LWKT_MASK_POOL_TOKENS   (LWKT_NUM_POOL_TOKENS - 1)
  94
  95 #ifdef INVARIANTS
  96 static int token_debug = 0;
  97 #endif
  98
  99 static lwkt_token       pool_tokens[LWKT_NUM_POOL_TOKENS];
 100
 101 #ifdef _KERNEL
 102
 103 #ifdef INVARIANTS
 104 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, token_debug, CTLFLAG_RW, &token_debug, 0, "");
 105 #endif
 106
 107 #endif
 108
 109 #ifdef SMP
 110
 111 /*
 112  * Determine if we own all the tokens in the token reference list.
 113  * Return 1 on success, 0 on failure.
 114  *
 115  * As a side effect, queue requests for tokens we want which are owned
 116  * by other cpus.  The magic number is used to communicate when the
 117  * target cpu has processed the request.  Note, however, that the
 118  * target cpu may not be able to assign the token to us which is why
 119  * the scheduler must spin.
 120  */
 121 int
 122 lwkt_chktokens(thread_t td)
 123 {
 124     globaldata_t gd = td->td_gd;        /* mycpu */
 125     lwkt_tokref_t refs;
 126     globaldata_t dgd;
 127     lwkt_token_t tok;
 128     int r = 1;
 129
 130     for (refs = td->td_toks; refs; refs = refs->tr_next) {
 131         tok = refs->tr_tok;
 132         if ((dgd = tok->t_cpu) != gd) {
 133             cpu_mb1();
 134             r = 0;
 135
 136             /*
 137              * Queue a request to the target cpu, exit the loop early if
 138              * we are unable to queue the IPI message.  The magic number
 139              * flags whether we have a pending ipi request queued or not.
 140              */
 141             if (refs->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC1) {
 142                 refs->tr_magic = LWKT_TOKREF_MAGIC2;    /* MP synched slowreq*/
 143                 refs->tr_reqgd = gd;
 144                 tok->t_reqcpu = gd;     /* MP unsynchronized 'fast' req */
 145                 if (lwkt_send_ipiq_passive(dgd, lwkt_reqtoken_remote, refs)) {
 146                     /* failed */
 147                     refs->tr_magic = LWKT_TOKREF_MAGIC1;
 148                     break;
 149                 }
 150             }
 151         }
 152     }
 153     return(r);
 154 }
 155
 156 #endif
 157
 158 /*
 159  * Check if we already own the token.  Return 1 on success, 0 on failure.
 160  */
 161 int
 162 lwkt_havetoken(lwkt_token_t tok)
 163 {
 164     globaldata_t gd = mycpu;
 165     thread_t td = gd->gd_curthread;
 166     lwkt_tokref_t ref;
 167
 168     for (ref = td->td_toks; ref; ref = ref->tr_next) {
 169         if (ref->tr_tok == tok)
 170             return(1);
 171     }
 172     return(0);
 173 }
 174
 175 int
 176 lwkt_havetokref(lwkt_tokref_t xref)
 177 {
 178     globaldata_t gd = mycpu;
 179     thread_t td = gd->gd_curthread;
 180     lwkt_tokref_t ref;
 181
 182     for (ref = td->td_toks; ref; ref = ref->tr_next) {
 183         if (ref == xref)
 184             return(1);
 185     }
 186     return(0);
 187 }
 188
 189 #ifdef SMP
 190
 191 /*
 192  * Returns 1 if it is ok to give a token away, 0 if it is not.
 193  */
 194 static int
 195 lwkt_oktogiveaway_token(lwkt_token_t tok)
 196 {
 197     globaldata_t gd = mycpu;
 198     lwkt_tokref_t ref;
 199     thread_t td;
 200
 201     for (td = gd->gd_curthread; td; td = td->td_preempted) {
 202         for (ref = td->td_toks; ref; ref = ref->tr_next) {
 203             if (ref->tr_tok == tok)
 204                 return(0);
 205         }
 206     }
 207     return(1);
 208 }
 209
 210 #endif
 211
 212 /*
 213  * Acquire a serializing token
 214  */
 215
 216 static __inline
 217 void
 218 _lwkt_gettokref(lwkt_tokref_t ref)
 219 {
 220     lwkt_token_t tok;
 221     globaldata_t gd;
 222     thread_t td;
 223
 224     gd = mycpu;                 /* our cpu */
 225     KKASSERT(ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC1);
 226     td = gd->gd_curthread;      /* our thread */
 227
 228     /*
 229      * Link the request into our thread's list.  This interlocks against
 230      * remote requests from other cpus and prevents the token from being
 231      * given away if our cpu already owns it.  This also allows us to
 232      * avoid using a critical section.
 233      */
 234     ref->tr_next = td->td_toks;
 235     cpu_mb1();          /* order memory / we can be interrupted */
 236     td->td_toks = ref;
 237
 238     /*
 239      * If our cpu does not own the token then let the scheduler deal with
 240      * it.  We are guarenteed to own the tokens on our thread's token
 241      * list when we are switched back in.
 242      *
 243      * Otherwise make sure the token is not held by a thread we are
 244      * preempting.  If it is, let the scheduler deal with it.
 245      */
 246     tok = ref->tr_tok;
 247 #ifdef SMP
 248     if (tok->t_cpu != gd) {
 249         /*
 250          * Temporarily operate on tokens synchronously.  We have to fix
 251          * a number of interlocks and especially the softupdates code to
 252          * be able to properly yield.  ZZZ
 253          */
 254 #if defined(MAKE_TOKENS_SPIN)
 255         int x = 40000000;
 256         crit_enter();
 257         while (lwkt_chktokens(td) == 0) {
 258             lwkt_process_ipiq();
 259             lwkt_drain_token_requests();
 260             if (--x == 0) {
 261                 x = 40000000;
 262                 printf("CHKTOKEN loop %d\n", gd->gd_cpuid);
 263 #ifdef _KERNEL
 264                 Debugger("x");
 265 #endif
 266             }
 267             splz();
 268         }
 269         crit_exit();
 270 #elif defined(MAKE_TOKENS_YIELD)
 271         lwkt_yield();
 272 #else
 273 #error MAKE_TOKENS_XXX ?
 274 #endif
 275         KKASSERT(tok->t_cpu == gd);
 276     } else /* NOTE CONDITIONAL */
 277 #endif
 278     if (td->td_preempted) {
 279         while ((td = td->td_preempted) != NULL) {
 280             lwkt_tokref_t scan;
 281             for (scan = td->td_toks; scan; scan = scan->tr_next) {
 282                 if (scan->tr_tok == tok) {
 283                     lwkt_yield();
 284                     KKASSERT(tok->t_cpu == gd);
 285                     goto breakout;
 286                 }
 287             }
 288         }
 289 breakout: ;
 290     }
 291     /* 'td' variable no longer valid due to preempt loop above */
 292 }
 293
 294
 295 /*
 296  * Attempt to acquire a serializing token
 297  */
 298 static __inline
 299 int
 300 _lwkt_trytokref(lwkt_tokref_t ref)
 301 {
 302     lwkt_token_t tok;
 303     globaldata_t gd;
 304     thread_t td;
 305
 306     gd = mycpu;                 /* our cpu */
 307     KKASSERT(ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC1);
 308     td = gd->gd_curthread;      /* our thread */
 309
 310     /*
 311      * Link the request into our thread's list.  This interlocks against
 312      * remote requests from other cpus and prevents the token from being
 313      * given away if our cpu already owns it.  This also allows us to
 314      * avoid using a critical section.
 315      */
 316     ref->tr_next = td->td_toks;
 317     cpu_mb1();          /* order memory / we can be interrupted */
 318     td->td_toks = ref;
 319
 320     /*
 321      * If our cpu does not own the token then stop now.
 322      *
 323      * Otherwise make sure the token is not held by a thread we are
 324      * preempting.  If it is, stop.
 325      */
 326     tok = ref->tr_tok;
 327 #ifdef SMP
 328     if (tok->t_cpu != gd) {
 329         td->td_toks = ref->tr_next;     /* remove ref */
 330         return(0);
 331     } else /* NOTE CONDITIONAL */
 332 #endif
 333     if (td->td_preempted) {
 334         while ((td = td->td_preempted) != NULL) {
 335             lwkt_tokref_t scan;
 336             for (scan = td->td_toks; scan; scan = scan->tr_next) {
 337                 if (scan->tr_tok == tok) {
 338                     td = gd->gd_curthread;      /* our thread */
 339                     td->td_toks = ref->tr_next; /* remove ref */
 340                     return(0);
 341                 }
 342             }
 343         }
 344     }
 345     /* 'td' variable no longer valid */
 346     return(1);
 347 }
 348
 349 void
 350 lwkt_gettoken(lwkt_tokref_t ref, lwkt_token_t tok)
 351 {
 352     lwkt_tokref_init(ref, tok);
 353     _lwkt_gettokref(ref);
 354 }
 355
 356 void
 357 lwkt_gettokref(lwkt_tokref_t ref)
 358 {
 359     _lwkt_gettokref(ref);
 360 }
 361
 362 int
 363 lwkt_trytoken(lwkt_tokref_t ref, lwkt_token_t tok)
 364 {
 365     lwkt_tokref_init(ref, tok);
 366     return(_lwkt_trytokref(ref));
 367 }
 368
 369 int
 370 lwkt_trytokref(lwkt_tokref_t ref)
 371 {
 372     return(_lwkt_trytokref(ref));
 373 }
 374
 375 /*
 376  * Release a serializing token
 377  */
 378 void
 379 lwkt_reltoken(lwkt_tokref *_ref)
 380 {
 381     lwkt_tokref *ref;
 382     lwkt_tokref **pref;
 383     lwkt_token_t tok;
 384     globaldata_t gd;
 385     thread_t td;
 386
 387     /*
 388      * Guard check and stack check (if in the same stack page).  We must
 389      * also wait for any action pending on remote cpus which we do by
 390      * checking the magic number and yielding in a loop.
 391      */
 392     ref = _ref;
 393 #ifdef INVARIANTS
 394     if ((((intptr_t)ref ^ (intptr_t)&_ref) && ~(intptr_t)PAGE_MASK) == 0)
 395         KKASSERT((char *)ref > (char *)&_ref);
 396     KKASSERT(ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC1 ||
 397              ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC2);
 398 #endif
 399     /*
 400      * Locate and unlink the token.  Interlock with the token's cpureq
 401      * to give the token away before we release it from our thread list,
 402      * which allows us to avoid using a critical section.
 403      */
 404     gd = mycpu;
 405     td = gd->gd_curthread;
 406     for (pref = &td->td_toks; (ref = *pref) != _ref; pref = &ref->tr_next) {
 407         KKASSERT(ref != NULL);
 408     }
 409     tok = ref->tr_tok;
 410     KKASSERT(tok->t_cpu == gd);
 411     tok->t_cpu = tok->t_reqcpu; /* we do not own 'tok' after this */
 412     *pref = ref->tr_next;       /* note: also removes giveaway interlock */
 413
 414     /*
 415      * If we had gotten the token opportunistically and it still happens to
 416      * be queued to a target cpu, we have to wait for the target cpu
 417      * to finish processing it.  This does not happen very often and does
 418      * not need to be optimal.
 419      */
 420     while (ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC2) {
 421 #if defined(MAKE_TOKENS_SPIN)
 422         crit_enter();
 423 #ifdef SMP
 424         lwkt_process_ipiq();
 425 #endif
 426         splz();
 427         crit_exit();
 428 #elif defined(MAKE_TOKENS_YIELD)
 429         lwkt_yield();
 430 #else
 431 #error MAKE_TOKENS_XXX ?
 432 #endif
 433     }
 434 }
 435
 436 /*
 437  * Pool tokens are used to provide a type-stable serializing token
 438  * pointer that does not race against disappearing data structures.
 439  *
 440  * This routine is called in early boot just after we setup the BSP's
 441  * globaldata structure.
 442  */
 443 void
 444 lwkt_token_pool_init(void)
 445 {
 446     int i;
 447
 448     for (i = 0; i < LWKT_NUM_POOL_TOKENS; ++i)
 449         lwkt_token_init(&pool_tokens[i]);
 450 }
 451
 452 lwkt_token_t
 453 lwkt_token_pool_get(void *ptraddr)
 454 {
 455     int i;
 456
 457     i = ((int)(intptr_t)ptraddr >> 2) ^ ((int)(intptr_t)ptraddr >> 12);
 458     return(&pool_tokens[i & LWKT_MASK_POOL_TOKENS]);
 459 }
 460
 461 #ifdef SMP
 462
 463 /*
 464  * This is the receiving side of a remote IPI requesting a token.  If we
 465  * cannot immediately hand the token off to another cpu we queue it.
 466  *
 467  * NOTE!  we 'own' the ref structure, but we only 'own' the token if
 468  * t_cpu == mycpu.
 469  */
 470 void
 471 lwkt_reqtoken_remote(void *data)
 472 {
 473     lwkt_tokref_t ref = data;
 474     globaldata_t gd = mycpu;
 475     lwkt_token_t tok = ref->tr_tok;
 476
 477     /*
 478      * We do not have to queue the token if we can give it away
 479      * immediately.  Otherwise we queue it to our globaldata structure.
 480      */
 481     KKASSERT(ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC2);
 482     if (lwkt_oktogiveaway_token(tok)) {
 483         if (tok->t_cpu == gd)
 484             tok->t_cpu = ref->tr_reqgd;
 485         cpu_mb1();
 486         ref->tr_magic = LWKT_TOKREF_MAGIC1;
 487     } else {
 488         ref->tr_gdreqnext = gd->gd_tokreqbase;
 489         gd->gd_tokreqbase = ref;
 490     }
 491 }
 492
 493 /*
 494  * Must be called from a critical section.  Satisfy all remote token
 495  * requests that are pending on our globaldata structure.  The request
 496  * does not have to be satisfied with a successful change of ownership
 497  * but we do have to acknowledge that we have completed processing the
 498  * request by setting the magic number back to MAGIC1.
 499  *
 500  * NOTE!  we 'own' the ref structure, but we only 'own' the token if
 501  * t_cpu == mycpu.
 502  */
 503 void
 504 lwkt_drain_token_requests(void)
 505 {
 506     globaldata_t gd = mycpu;
 507     lwkt_tokref_t ref;
 508
 509     while ((ref = gd->gd_tokreqbase) != NULL) {
 510         gd->gd_tokreqbase = ref->tr_gdreqnext;
 511         KKASSERT(ref->tr_magic == LWKT_TOKREF_MAGIC2);
 512         if (ref->tr_tok->t_cpu == gd)
 513             ref->tr_tok->t_cpu = ref->tr_reqgd;
 514         cpu_mb1();
 515         ref->tr_magic = LWKT_TOKREF_MAGIC1;
 516     }
 517 }
 518
 519 #endif
 520
 521 /*
 522  * Initialize the owner and release-to cpu to the current cpu
 523  * and reset the generation count.
 524  */
 525 void
 526 lwkt_token_init(lwkt_token_t tok)
 527 {
 528     tok->t_cpu = tok->t_reqcpu = mycpu;
 529 }
 530
 531 void
 532 lwkt_token_uninit(lwkt_token_t tok)
 533 {
 534     /* empty */
 535 }