generic-ipi: make struct call_function_data lockless
[linux-2.6.git] / kernel / smp.c
1 /*
2  * Generic helpers for smp ipi calls
3  *
4  * (C) Jens Axboe <jens.axboe@oracle.com> 2008
5  */
6 #include <linux/rcupdate.h>
7 #include <linux/rculist.h>
8 #include <linux/kernel.h>
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/percpu.h>
11 #include <linux/init.h>
12 #include <linux/smp.h>
13 #include <linux/cpu.h>
14
15 static DEFINE_PER_CPU(struct call_single_queue, call_single_queue);
16
17 static struct {
18         struct list_head        queue;
19         spinlock_t              lock;
20 } call_function __cacheline_aligned_in_smp =
21         {
22                 .queue          = LIST_HEAD_INIT(call_function.queue),
23                 .lock           = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(call_function.lock),
24         };
25
26 enum {
27         CSD_FLAG_LOCK           = 0x01,
28 };
29
30 struct call_function_data {
31         struct call_single_data csd;
32         atomic_t                refs;
33         cpumask_var_t           cpumask;
34 };
35
36 struct call_single_queue {
37         struct list_head        list;
38         spinlock_t              lock;
39 };
40
41 static DEFINE_PER_CPU(struct call_function_data, cfd_data);
42
43 static int
44 hotplug_cfd(struct notifier_block *nfb, unsigned long action, void *hcpu)
45 {
46         long cpu = (long)hcpu;
47         struct call_function_data *cfd = &per_cpu(cfd_data, cpu);
48
49         switch (action) {
50         case CPU_UP_PREPARE:
51         case CPU_UP_PREPARE_FROZEN:
52                 if (!zalloc_cpumask_var_node(&cfd->cpumask, GFP_KERNEL,
53                                 cpu_to_node(cpu)))
54                         return NOTIFY_BAD;
55                 break;
56
57 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
58         case CPU_UP_CANCELED:
59         case CPU_UP_CANCELED_FROZEN:
60
61         case CPU_DEAD:
62         case CPU_DEAD_FROZEN:
63                 free_cpumask_var(cfd->cpumask);
64                 break;
65 #endif
66         };
67
68         return NOTIFY_OK;
69 }
70
71 static struct notifier_block __cpuinitdata hotplug_cfd_notifier = {
72         .notifier_call          = hotplug_cfd,
73 };
74
75 static int __cpuinit init_call_single_data(void)
76 {
77         void *cpu = (void *)(long)smp_processor_id();
78         int i;
79
80         for_each_possible_cpu(i) {
81                 struct call_single_queue *q = &per_cpu(call_single_queue, i);
82
83                 spin_lock_init(&q->lock);
84                 INIT_LIST_HEAD(&q->list);
85         }
86
87         hotplug_cfd(&hotplug_cfd_notifier, CPU_UP_PREPARE, cpu);
88         register_cpu_notifier(&hotplug_cfd_notifier);
89
90         return 0;
91 }
92 early_initcall(init_call_single_data);
93
94 /*
95  * csd_lock/csd_unlock used to serialize access to per-cpu csd resources
96  *
97  * For non-synchronous ipi calls the csd can still be in use by the
98  * previous function call. For multi-cpu calls its even more interesting
99  * as we'll have to ensure no other cpu is observing our csd.
100  */
101 static void csd_lock_wait(struct call_single_data *data)
102 {
103         while (data->flags & CSD_FLAG_LOCK)
104                 cpu_relax();
105 }
106
107 static void csd_lock(struct call_single_data *data)
108 {
109         csd_lock_wait(data);
110         data->flags = CSD_FLAG_LOCK;
111
112         /*
113          * prevent CPU from reordering the above assignment
114          * to ->flags with any subsequent assignments to other
115          * fields of the specified call_single_data structure:
116          */
117         smp_mb();
118 }
119
120 static void csd_unlock(struct call_single_data *data)
121 {
122         WARN_ON(!(data->flags & CSD_FLAG_LOCK));
123
124         /*
125          * ensure we're all done before releasing data:
126          */
127         smp_mb();
128
129         data->flags &= ~CSD_FLAG_LOCK;
130 }
131
132 /*
133  * Insert a previously allocated call_single_data element
134  * for execution on the given CPU. data must already have
135  * ->func, ->info, and ->flags set.
136  */
137 static
138 void generic_exec_single(int cpu, struct call_single_data *data, int wait)
139 {
140         struct call_single_queue *dst = &per_cpu(call_single_queue, cpu);
141         unsigned long flags;
142         int ipi;
143
144         spin_lock_irqsave(&dst->lock, flags);
145         ipi = list_empty(&dst->list);
146         list_add_tail(&data->list, &dst->list);
147         spin_unlock_irqrestore(&dst->lock, flags);
148
149         /*
150          * The list addition should be visible before sending the IPI
151          * handler locks the list to pull the entry off it because of
152          * normal cache coherency rules implied by spinlocks.
153          *
154          * If IPIs can go out of order to the cache coherency protocol
155          * in an architecture, sufficient synchronisation should be added
156          * to arch code to make it appear to obey cache coherency WRT
157          * locking and barrier primitives. Generic code isn't really
158          * equipped to do the right thing...
159          */
160         if (ipi)
161                 arch_send_call_function_single_ipi(cpu);
162
163         if (wait)
164                 csd_lock_wait(data);
165 }
166
167 /*
168  * Invoked by arch to handle an IPI for call function. Must be called with
169  * interrupts disabled.
170  */
171 void generic_smp_call_function_interrupt(void)
172 {
173         struct call_function_data *data;
174         int cpu = get_cpu();
175
176         /*
177          * Shouldn't receive this interrupt on a cpu that is not yet online.
178          */
179         WARN_ON_ONCE(!cpu_online(cpu));
180
181         /*
182          * Ensure entry is visible on call_function_queue after we have
183          * entered the IPI. See comment in smp_call_function_many.
184          * If we don't have this, then we may miss an entry on the list
185          * and never get another IPI to process it.
186          */
187         smp_mb();
188
189         /*
190          * It's ok to use list_for_each_rcu() here even though we may
191          * delete 'pos', since list_del_rcu() doesn't clear ->next
192          */
193         list_for_each_entry_rcu(data, &call_function.queue, csd.list) {
194                 int refs;
195
196                 if (!cpumask_test_and_clear_cpu(cpu, data->cpumask))
197                         continue;
198
199                 data->csd.func(data->csd.info);
200
201                 refs = atomic_dec_return(&data->refs);
202                 WARN_ON(refs < 0);
203                 if (!refs) {
204                         spin_lock(&call_function.lock);
205                         list_del_rcu(&data->csd.list);
206                         spin_unlock(&call_function.lock);
207                 }
208
209                 if (refs)
210                         continue;
211
212                 csd_unlock(&data->csd);
213         }
214
215         put_cpu();
216 }
217
218 /*
219  * Invoked by arch to handle an IPI for call function single. Must be
220  * called from the arch with interrupts disabled.
221  */
222 void generic_smp_call_function_single_interrupt(void)
223 {
224         struct call_single_queue *q = &__get_cpu_var(call_single_queue);
225         unsigned int data_flags;
226         LIST_HEAD(list);
227
228         /*
229          * Shouldn't receive this interrupt on a cpu that is not yet online.
230          */
231         WARN_ON_ONCE(!cpu_online(smp_processor_id()));
232
233         spin_lock(&q->lock);
234         list_replace_init(&q->list, &list);
235         spin_unlock(&q->lock);
236
237         while (!list_empty(&list)) {
238                 struct call_single_data *data;
239
240                 data = list_entry(list.next, struct call_single_data, list);
241                 list_del(&data->list);
242
243                 /*
244                  * 'data' can be invalid after this call if flags == 0
245                  * (when called through generic_exec_single()),
246                  * so save them away before making the call:
247                  */
248                 data_flags = data->flags;
249
250                 data->func(data->info);
251
252                 /*
253                  * Unlocked CSDs are valid through generic_exec_single():
254                  */
255                 if (data_flags & CSD_FLAG_LOCK)
256                         csd_unlock(data);
257         }
258 }
259
260 static DEFINE_PER_CPU(struct call_single_data, csd_data);
261
262 /*
263  * smp_call_function_single - Run a function on a specific CPU
264  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
265  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
266  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
267  *
268  * Returns 0 on success, else a negative status code. Note that @wait
269  * will be implicitly turned on in case of allocation failures, since
270  * we fall back to on-stack allocation.
271  */
272 int smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
273                              int wait)
274 {
275         struct call_single_data d = {
276                 .flags = 0,
277         };
278         unsigned long flags;
279         int this_cpu;
280         int err = 0;
281
282         /*
283          * prevent preemption and reschedule on another processor,
284          * as well as CPU removal
285          */
286         this_cpu = get_cpu();
287
288         /*
289          * Can deadlock when called with interrupts disabled.
290          * We allow cpu's that are not yet online though, as no one else can
291          * send smp call function interrupt to this cpu and as such deadlocks
292          * can't happen.
293          */
294         WARN_ON_ONCE(cpu_online(this_cpu) && irqs_disabled()
295                      && !oops_in_progress);
296
297         if (cpu == this_cpu) {
298                 local_irq_save(flags);
299                 func(info);
300                 local_irq_restore(flags);
301         } else {
302                 if ((unsigned)cpu < nr_cpu_ids && cpu_online(cpu)) {
303                         struct call_single_data *data = &d;
304
305                         if (!wait)
306                                 data = &__get_cpu_var(csd_data);
307
308                         csd_lock(data);
309
310                         data->func = func;
311                         data->info = info;
312                         generic_exec_single(cpu, data, wait);
313                 } else {
314                         err = -ENXIO;   /* CPU not online */
315                 }
316         }
317
318         put_cpu();
319
320         return err;
321 }
322 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_single);
323
324 /**
325  * __smp_call_function_single(): Run a function on another CPU
326  * @cpu: The CPU to run on.
327  * @data: Pre-allocated and setup data structure
328  *
329  * Like smp_call_function_single(), but allow caller to pass in a
330  * pre-allocated data structure. Useful for embedding @data inside
331  * other structures, for instance.
332  */
333 void __smp_call_function_single(int cpu, struct call_single_data *data,
334                                 int wait)
335 {
336         csd_lock(data);
337
338         /*
339          * Can deadlock when called with interrupts disabled.
340          * We allow cpu's that are not yet online though, as no one else can
341          * send smp call function interrupt to this cpu and as such deadlocks
342          * can't happen.
343          */
344         WARN_ON_ONCE(cpu_online(smp_processor_id()) && wait && irqs_disabled()
345                      && !oops_in_progress);
346
347         generic_exec_single(cpu, data, wait);
348 }
349
350 /* Deprecated: shim for archs using old arch_send_call_function_ipi API. */
351
352 #ifndef arch_send_call_function_ipi_mask
353 # define arch_send_call_function_ipi_mask(maskp) \
354          arch_send_call_function_ipi(*(maskp))
355 #endif
356
357 /**
358  * smp_call_function_many(): Run a function on a set of other CPUs.
359  * @mask: The set of cpus to run on (only runs on online subset).
360  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
361  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
362  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed
363  *        on other CPUs.
364  *
365  * If @wait is true, then returns once @func has returned. Note that @wait
366  * will be implicitly turned on in case of allocation failures, since
367  * we fall back to on-stack allocation.
368  *
369  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
370  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler. Preemption
371  * must be disabled when calling this function.
372  */
373 void smp_call_function_many(const struct cpumask *mask,
374                             void (*func)(void *), void *info, bool wait)
375 {
376         struct call_function_data *data;
377         unsigned long flags;
378         int cpu, next_cpu, this_cpu = smp_processor_id();
379
380         /*
381          * Can deadlock when called with interrupts disabled.
382          * We allow cpu's that are not yet online though, as no one else can
383          * send smp call function interrupt to this cpu and as such deadlocks
384          * can't happen.
385          */
386         WARN_ON_ONCE(cpu_online(this_cpu) && irqs_disabled()
387                      && !oops_in_progress);
388
389         /* So, what's a CPU they want? Ignoring this one. */
390         cpu = cpumask_first_and(mask, cpu_online_mask);
391         if (cpu == this_cpu)
392                 cpu = cpumask_next_and(cpu, mask, cpu_online_mask);
393
394         /* No online cpus?  We're done. */
395         if (cpu >= nr_cpu_ids)
396                 return;
397
398         /* Do we have another CPU which isn't us? */
399         next_cpu = cpumask_next_and(cpu, mask, cpu_online_mask);
400         if (next_cpu == this_cpu)
401                 next_cpu = cpumask_next_and(next_cpu, mask, cpu_online_mask);
402
403         /* Fastpath: do that cpu by itself. */
404         if (next_cpu >= nr_cpu_ids) {
405                 smp_call_function_single(cpu, func, info, wait);
406                 return;
407         }
408
409         data = &__get_cpu_var(cfd_data);
410         csd_lock(&data->csd);
411
412         data->csd.func = func;
413         data->csd.info = info;
414         cpumask_and(data->cpumask, mask, cpu_online_mask);
415         cpumask_clear_cpu(this_cpu, data->cpumask);
416         atomic_set(&data->refs, cpumask_weight(data->cpumask));
417
418         spin_lock_irqsave(&call_function.lock, flags);
419         /*
420          * Place entry at the _HEAD_ of the list, so that any cpu still
421          * observing the entry in generic_smp_call_function_interrupt()
422          * will not miss any other list entries:
423          */
424         list_add_rcu(&data->csd.list, &call_function.queue);
425         spin_unlock_irqrestore(&call_function.lock, flags);
426
427         /*
428          * Make the list addition visible before sending the ipi.
429          * (IPIs must obey or appear to obey normal Linux cache
430          * coherency rules -- see comment in generic_exec_single).
431          */
432         smp_mb();
433
434         /* Send a message to all CPUs in the map */
435         arch_send_call_function_ipi_mask(data->cpumask);
436
437         /* Optionally wait for the CPUs to complete */
438         if (wait)
439                 csd_lock_wait(&data->csd);
440 }
441 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_many);
442
443 /**
444  * smp_call_function(): Run a function on all other CPUs.
445  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
446  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
447  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed
448  *        on other CPUs.
449  *
450  * Returns 0.
451  *
452  * If @wait is true, then returns once @func has returned; otherwise
453  * it returns just before the target cpu calls @func. In case of allocation
454  * failure, @wait will be implicitly turned on.
455  *
456  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
457  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
458  */
459 int smp_call_function(void (*func)(void *), void *info, int wait)
460 {
461         preempt_disable();
462         smp_call_function_many(cpu_online_mask, func, info, wait);
463         preempt_enable();
464
465         return 0;
466 }
467 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function);
468
469 void ipi_call_lock(void)
470 {
471         spin_lock(&call_function.lock);
472 }
473
474 void ipi_call_unlock(void)
475 {
476         spin_unlock(&call_function.lock);
477 }
478
479 void ipi_call_lock_irq(void)
480 {
481         spin_lock_irq(&call_function.lock);
482 }
483
484 void ipi_call_unlock_irq(void)
485 {
486         spin_unlock_irq(&call_function.lock);
487 }