]> nv-tegra.nvidia Code Review - linux-3.10.git/blob - kernel/srcu.c
rcu: Increment upper bit only for srcu_read_lock()
[linux-3.10.git] / kernel / srcu.c
1 /*
2  * Sleepable Read-Copy Update mechanism for mutual exclusion.
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
6  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
7  * (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software
16  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
17  *
18  * Copyright (C) IBM Corporation, 2006
19  *
20  * Author: Paul McKenney <paulmck@us.ibm.com>
21  *
22  * For detailed explanation of Read-Copy Update mechanism see -
23  *              Documentation/RCU/ *.txt
24  *
25  */
26
27 #include <linux/export.h>
28 #include <linux/mutex.h>
29 #include <linux/percpu.h>
30 #include <linux/preempt.h>
31 #include <linux/rcupdate.h>
32 #include <linux/sched.h>
33 #include <linux/smp.h>
34 #include <linux/delay.h>
35 #include <linux/srcu.h>
36
37 static int init_srcu_struct_fields(struct srcu_struct *sp)
38 {
39         sp->completed = 0;
40         mutex_init(&sp->mutex);
41         sp->per_cpu_ref = alloc_percpu(struct srcu_struct_array);
42         return sp->per_cpu_ref ? 0 : -ENOMEM;
43 }
44
45 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
46
47 int __init_srcu_struct(struct srcu_struct *sp, const char *name,
48                        struct lock_class_key *key)
49 {
50         /* Don't re-initialize a lock while it is held. */
51         debug_check_no_locks_freed((void *)sp, sizeof(*sp));
52         lockdep_init_map(&sp->dep_map, name, key, 0);
53         return init_srcu_struct_fields(sp);
54 }
55 EXPORT_SYMBOL_GPL(__init_srcu_struct);
56
57 #else /* #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC */
58
59 /**
60  * init_srcu_struct - initialize a sleep-RCU structure
61  * @sp: structure to initialize.
62  *
63  * Must invoke this on a given srcu_struct before passing that srcu_struct
64  * to any other function.  Each srcu_struct represents a separate domain
65  * of SRCU protection.
66  */
67 int init_srcu_struct(struct srcu_struct *sp)
68 {
69         return init_srcu_struct_fields(sp);
70 }
71 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_srcu_struct);
72
73 #endif /* #else #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC */
74
75 /*
76  * Returns approximate number of readers active on the specified rank
77  * of per-CPU counters.  Also snapshots each counter's value in the
78  * corresponding element of sp->snap[] for later use validating
79  * the sum.
80  */
81 static unsigned long srcu_readers_active_idx(struct srcu_struct *sp, int idx)
82 {
83         int cpu;
84         unsigned long sum = 0;
85         unsigned long t;
86
87         for_each_possible_cpu(cpu) {
88                 t = ACCESS_ONCE(per_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref, cpu)->c[idx]);
89                 sum += t;
90                 sp->snap[cpu] = t;
91         }
92         return sum & SRCU_REF_MASK;
93 }
94
95 /*
96  * To be called from the update side after an index flip.  Returns true
97  * if the modulo sum of the counters is stably zero, false if there is
98  * some possibility of non-zero.
99  */
100 static bool srcu_readers_active_idx_check(struct srcu_struct *sp, int idx)
101 {
102         int cpu;
103
104         /*
105          * Note that srcu_readers_active_idx() can incorrectly return
106          * zero even though there is a pre-existing reader throughout.
107          * To see this, suppose that task A is in a very long SRCU
108          * read-side critical section that started on CPU 0, and that
109          * no other reader exists, so that the modulo sum of the counters
110          * is equal to one.  Then suppose that task B starts executing
111          * srcu_readers_active_idx(), summing up to CPU 1, and then that
112          * task C starts reading on CPU 0, so that its increment is not
113          * summed, but finishes reading on CPU 2, so that its decrement
114          * -is- summed.  Then when task B completes its sum, it will
115          * incorrectly get zero, despite the fact that task A has been
116          * in its SRCU read-side critical section the whole time.
117          *
118          * We therefore do a validation step should srcu_readers_active_idx()
119          * return zero.
120          */
121         if (srcu_readers_active_idx(sp, idx) != 0)
122                 return false;
123
124         /*
125          * Since the caller recently flipped ->completed, we can see at
126          * most one increment of each CPU's counter from this point
127          * forward.  The reason for this is that the reader CPU must have
128          * fetched the index before srcu_readers_active_idx checked
129          * that CPU's counter, but not yet incremented its counter.
130          * Its eventual counter increment will follow the read in
131          * srcu_readers_active_idx(), and that increment is immediately
132          * followed by smp_mb() B.  Because smp_mb() D is between
133          * the ->completed flip and srcu_readers_active_idx()'s read,
134          * that CPU's subsequent load of ->completed must see the new
135          * value, and therefore increment the counter in the other rank.
136          */
137         smp_mb(); /* A */
138
139         /*
140          * Now, we check the ->snap array that srcu_readers_active_idx()
141          * filled in from the per-CPU counter values. Since
142          * __srcu_read_lock() increments the upper bits of the per-CPU
143          * counter, an increment/decrement pair will change the value
144          * of the counter.  Since there is only one possible increment,
145          * the only way to wrap the counter is to have a huge number of
146          * counter decrements, which requires a huge number of tasks and
147          * huge SRCU read-side critical-section nesting levels, even on
148          * 32-bit systems.
149          *
150          * All of the ways of confusing the readings require that the scan
151          * in srcu_readers_active_idx() see the read-side task's decrement,
152          * but not its increment.  However, between that decrement and
153          * increment are smb_mb() B and C.  Either or both of these pair
154          * with smp_mb() A above to ensure that the scan below will see
155          * the read-side tasks's increment, thus noting a difference in
156          * the counter values between the two passes.
157          *
158          * Therefore, if srcu_readers_active_idx() returned zero, and
159          * none of the counters changed, we know that the zero was the
160          * correct sum.
161          *
162          * Of course, it is possible that a task might be delayed
163          * for a very long time in __srcu_read_lock() after fetching
164          * the index but before incrementing its counter.  This
165          * possibility will be dealt with in __synchronize_srcu().
166          */
167         for_each_possible_cpu(cpu)
168                 if (sp->snap[cpu] !=
169                     ACCESS_ONCE(per_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref, cpu)->c[idx]))
170                         return false;  /* False zero reading! */
171         return true;
172 }
173
174 /**
175  * srcu_readers_active - returns approximate number of readers.
176  * @sp: which srcu_struct to count active readers (holding srcu_read_lock).
177  *
178  * Note that this is not an atomic primitive, and can therefore suffer
179  * severe errors when invoked on an active srcu_struct.  That said, it
180  * can be useful as an error check at cleanup time.
181  */
182 static int srcu_readers_active(struct srcu_struct *sp)
183 {
184         return srcu_readers_active_idx(sp, 0) + srcu_readers_active_idx(sp, 1);
185 }
186
187 /**
188  * cleanup_srcu_struct - deconstruct a sleep-RCU structure
189  * @sp: structure to clean up.
190  *
191  * Must invoke this after you are finished using a given srcu_struct that
192  * was initialized via init_srcu_struct(), else you leak memory.
193  */
194 void cleanup_srcu_struct(struct srcu_struct *sp)
195 {
196         int sum;
197
198         sum = srcu_readers_active(sp);
199         WARN_ON(sum);  /* Leakage unless caller handles error. */
200         if (sum != 0)
201                 return;
202         free_percpu(sp->per_cpu_ref);
203         sp->per_cpu_ref = NULL;
204 }
205 EXPORT_SYMBOL_GPL(cleanup_srcu_struct);
206
207 /*
208  * Counts the new reader in the appropriate per-CPU element of the
209  * srcu_struct.  Must be called from process context.
210  * Returns an index that must be passed to the matching srcu_read_unlock().
211  */
212 int __srcu_read_lock(struct srcu_struct *sp)
213 {
214         int idx;
215
216         preempt_disable();
217         idx = rcu_dereference_index_check(sp->completed,
218                                           rcu_read_lock_sched_held()) & 0x1;
219         ACCESS_ONCE(this_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref)->c[idx]) +=
220                 SRCU_USAGE_COUNT + 1;
221         smp_mb(); /* B */  /* Avoid leaking the critical section. */
222         preempt_enable();
223         return idx;
224 }
225 EXPORT_SYMBOL_GPL(__srcu_read_lock);
226
227 /*
228  * Removes the count for the old reader from the appropriate per-CPU
229  * element of the srcu_struct.  Note that this may well be a different
230  * CPU than that which was incremented by the corresponding srcu_read_lock().
231  * Must be called from process context.
232  */
233 void __srcu_read_unlock(struct srcu_struct *sp, int idx)
234 {
235         preempt_disable();
236         smp_mb(); /* C */  /* Avoid leaking the critical section. */
237         ACCESS_ONCE(this_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref)->c[idx]) -= 1;
238         preempt_enable();
239 }
240 EXPORT_SYMBOL_GPL(__srcu_read_unlock);
241
242 /*
243  * We use an adaptive strategy for synchronize_srcu() and especially for
244  * synchronize_srcu_expedited().  We spin for a fixed time period
245  * (defined below) to allow SRCU readers to exit their read-side critical
246  * sections.  If there are still some readers after 10 microseconds,
247  * we repeatedly block for 1-millisecond time periods.  This approach
248  * has done well in testing, so there is no need for a config parameter.
249  */
250 #define SYNCHRONIZE_SRCU_READER_DELAY 5
251
252 /*
253  * Flip the readers' index by incrementing ->completed, then wait
254  * until there are no more readers using the counters referenced by
255  * the old index value.  (Recall that the index is the bottom bit
256  * of ->completed.)
257  *
258  * Of course, it is possible that a reader might be delayed for the
259  * full duration of flip_idx_and_wait() between fetching the
260  * index and incrementing its counter.  This possibility is handled
261  * by __synchronize_srcu() invoking flip_idx_and_wait() twice.
262  */
263 static void flip_idx_and_wait(struct srcu_struct *sp, bool expedited)
264 {
265         int idx;
266         int trycount = 0;
267
268         idx = sp->completed++ & 0x1;
269
270         /*
271          * If a reader fetches the index before the above increment,
272          * but increments its counter after srcu_readers_active_idx_check()
273          * sums it, then smp_mb() D will pair with __srcu_read_lock()'s
274          * smp_mb() B to ensure that the SRCU read-side critical section
275          * will see any updates that the current task performed before its
276          * call to synchronize_srcu(), or to synchronize_srcu_expedited(),
277          * as the case may be.
278          */
279         smp_mb(); /* D */
280
281         /*
282          * SRCU read-side critical sections are normally short, so wait
283          * a small amount of time before possibly blocking.
284          */
285         if (!srcu_readers_active_idx_check(sp, idx)) {
286                 udelay(SYNCHRONIZE_SRCU_READER_DELAY);
287                 while (!srcu_readers_active_idx_check(sp, idx)) {
288                         if (expedited && ++ trycount < 10)
289                                 udelay(SYNCHRONIZE_SRCU_READER_DELAY);
290                         else
291                                 schedule_timeout_interruptible(1);
292                 }
293         }
294
295         /*
296          * The following smp_mb() E pairs with srcu_read_unlock()'s
297          * smp_mb C to ensure that if srcu_readers_active_idx_check()
298          * sees srcu_read_unlock()'s counter decrement, then any
299          * of the current task's subsequent code will happen after
300          * that SRCU read-side critical section.
301          */
302         smp_mb(); /* E */
303 }
304
305 /*
306  * Helper function for synchronize_srcu() and synchronize_srcu_expedited().
307  */
308 static void __synchronize_srcu(struct srcu_struct *sp, bool expedited)
309 {
310         int idx = 0;
311
312         rcu_lockdep_assert(!lock_is_held(&sp->dep_map) &&
313                            !lock_is_held(&rcu_bh_lock_map) &&
314                            !lock_is_held(&rcu_lock_map) &&
315                            !lock_is_held(&rcu_sched_lock_map),
316                            "Illegal synchronize_srcu() in same-type SRCU (or RCU) read-side critical section");
317
318         mutex_lock(&sp->mutex);
319
320         /*
321          * If there were no helpers, then we need to do two flips of
322          * the index.  The first flip is required if there are any
323          * outstanding SRCU readers even if there are no new readers
324          * running concurrently with the first counter flip.
325          *
326          * The second flip is required when a new reader picks up
327          * the old value of the index, but does not increment its
328          * counter until after its counters is summed/rechecked by
329          * srcu_readers_active_idx_check().  In this case, the current SRCU
330          * grace period would be OK because the SRCU read-side critical
331          * section started after this SRCU grace period started, so the
332          * grace period is not required to wait for the reader.
333          *
334          * However, the next SRCU grace period would be waiting for the
335          * other set of counters to go to zero, and therefore would not
336          * wait for the reader, which would be very bad.  To avoid this
337          * bad scenario, we flip and wait twice, clearing out both sets
338          * of counters.
339          */
340         for (; idx < 2; idx++)
341                 flip_idx_and_wait(sp, expedited);
342         mutex_unlock(&sp->mutex);
343 }
344
345 /**
346  * synchronize_srcu - wait for prior SRCU read-side critical-section completion
347  * @sp: srcu_struct with which to synchronize.
348  *
349  * Flip the completed counter, and wait for the old count to drain to zero.
350  * As with classic RCU, the updater must use some separate means of
351  * synchronizing concurrent updates.  Can block; must be called from
352  * process context.
353  *
354  * Note that it is illegal to call synchronize_srcu() from the corresponding
355  * SRCU read-side critical section; doing so will result in deadlock.
356  * However, it is perfectly legal to call synchronize_srcu() on one
357  * srcu_struct from some other srcu_struct's read-side critical section.
358  */
359 void synchronize_srcu(struct srcu_struct *sp)
360 {
361         __synchronize_srcu(sp, 0);
362 }
363 EXPORT_SYMBOL_GPL(synchronize_srcu);
364
365 /**
366  * synchronize_srcu_expedited - Brute-force SRCU grace period
367  * @sp: srcu_struct with which to synchronize.
368  *
369  * Wait for an SRCU grace period to elapse, but be more aggressive about
370  * spinning rather than blocking when waiting.
371  *
372  * Note that it is illegal to call this function while holding any lock
373  * that is acquired by a CPU-hotplug notifier.  It is also illegal to call
374  * synchronize_srcu_expedited() from the corresponding SRCU read-side
375  * critical section; doing so will result in deadlock.  However, it is
376  * perfectly legal to call synchronize_srcu_expedited() on one srcu_struct
377  * from some other srcu_struct's read-side critical section, as long as
378  * the resulting graph of srcu_structs is acyclic.
379  */
380 void synchronize_srcu_expedited(struct srcu_struct *sp)
381 {
382         __synchronize_srcu(sp, 1);
383 }
384 EXPORT_SYMBOL_GPL(synchronize_srcu_expedited);
385
386 /**
387  * srcu_batches_completed - return batches completed.
388  * @sp: srcu_struct on which to report batch completion.
389  *
390  * Report the number of batches, correlated with, but not necessarily
391  * precisely the same as, the number of grace periods that have elapsed.
392  */
393
394 long srcu_batches_completed(struct srcu_struct *sp)
395 {
396         return sp->completed;
397 }
398 EXPORT_SYMBOL_GPL(srcu_batches_completed);