Add rcu_flavor
[urcu.git] / urcu.c
diff --git a/urcu.c b/urcu.c
index 162ce00fa2d4c5516ef6093722d4dfc7b17cda23..b4346551b2403127da9822f08223f875c991e4ca 100644 (file)
--- a/urcu.c
+++ b/urcu.c
  *
  * Userspace RCU library
  *
- * Copyright February 2009 - Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@polymtl.ca>
+ * Copyright (c) 2009 Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
+ * Copyright (c) 2009 Paul E. McKenney, IBM Corporation.
  *
- * Distributed under GPLv2
+ * This library is free software; you can redistribute it and/or
+ * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
+ * License as published by the Free Software Foundation; either
+ * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
+ *
+ * This library is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+ * Lesser General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+ * License along with this library; if not, write to the Free Software
+ * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
+ *
+ * IBM's contributions to this file may be relicensed under LGPLv2 or later.
  */
 
+#define _BSD_SOURCE
+#define _GNU_SOURCE
+#define _LGPL_SOURCE
 #include <stdio.h>
 #include <pthread.h>
 #include <signal.h>
 #include <assert.h>
 #include <stdlib.h>
+#include <stdint.h>
 #include <string.h>
+#include <errno.h>
+#include <poll.h>
 
+#include "urcu/wfqueue.h"
+#include "urcu/map/urcu.h"
+#include "urcu/static/urcu.h"
+#include "urcu-pointer.h"
+
+/* Do not #define _LGPL_SOURCE to ensure we can emit the wrapper symbols */
+#undef _LGPL_SOURCE
 #include "urcu.h"
+#define _LGPL_SOURCE
 
-pthread_mutex_t urcu_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
+/*
+ * If a reader is really non-cooperative and refuses to commit its
+ * rcu_active_readers count to memory (there is no barrier in the reader
+ * per-se), kick it after a few loops waiting for it.
+ */
+#define KICK_READER_LOOPS 10000
 
 /*
- * Global grace period counter.
- * Contains the current RCU_GP_CTR_BIT.
- * Also has a RCU_GP_CTR_BIT of 1, to accelerate the reader fast path.
+ * Active attempts to check for reader Q.S. before calling futex().
  */
-long urcu_gp_ctr = RCU_GP_COUNT;
+#define RCU_QS_ACTIVE_ATTEMPTS 100
+
+#ifdef RCU_MEMBARRIER
+static int init_done;
+int has_sys_membarrier;
+
+void __attribute__((constructor)) rcu_init(void);
+#endif
+
+#ifdef RCU_MB
+void rcu_init(void)
+{
+}
+#endif
+
+#ifdef RCU_SIGNAL
+static int init_done;
+
+void __attribute__((constructor)) rcu_init(void);
+void __attribute__((destructor)) rcu_exit(void);
+#endif
+
+static pthread_mutex_t rcu_gp_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 
-long __thread urcu_active_readers;
+int32_t gp_futex;
 
-/* Thread IDs of registered readers */
-#define INIT_NUM_THREADS 4
+/*
+ * Global grace period counter.
+ * Contains the current RCU_GP_CTR_PHASE.
+ * Also has a RCU_GP_COUNT of 1, to accelerate the reader fast path.
+ * Written to only by writer with mutex taken. Read by both writer and readers.
+ */
+unsigned long rcu_gp_ctr = RCU_GP_COUNT;
 
-struct reader_data {
-       pthread_t tid;
-       long *urcu_active_readers;
-};
+/*
+ * Written to only by each individual reader. Read by both the reader and the
+ * writers.
+ */
+struct rcu_reader __thread rcu_reader;
 
 #ifdef DEBUG_YIELD
 unsigned int yield_active;
 unsigned int __thread rand_yield;
 #endif
 
-static struct reader_data *reader_data;
-static int num_readers, alloc_readers;
-#ifndef DEBUG_FULL_MB
-static int sig_done;
-#endif
+static CDS_LIST_HEAD(registry);
 
-void internal_urcu_lock(void)
+static void mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
 {
        int ret;
-       ret = pthread_mutex_lock(&urcu_mutex);
+
+#ifndef DISTRUST_SIGNALS_EXTREME
+       ret = pthread_mutex_lock(mutex);
        if (ret) {
                perror("Error in pthread mutex lock");
                exit(-1);
        }
+#else /* #ifndef DISTRUST_SIGNALS_EXTREME */
+       while ((ret = pthread_mutex_trylock(mutex)) != 0) {
+               if (ret != EBUSY && ret != EINTR) {
+                       printf("ret = %d, errno = %d\n", ret, errno);
+                       perror("Error in pthread mutex lock");
+                       exit(-1);
+               }
+               if (CMM_LOAD_SHARED(rcu_reader.need_mb)) {
+                       cmm_smp_mb();
+                       _CMM_STORE_SHARED(rcu_reader.need_mb, 0);
+                       cmm_smp_mb();
+               }
+               poll(NULL,0,10);
+       }
+#endif /* #else #ifndef DISTRUST_SIGNALS_EXTREME */
 }
 
-void internal_urcu_unlock(void)
+static void mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
 {
        int ret;
 
-       ret = pthread_mutex_unlock(&urcu_mutex);
+       ret = pthread_mutex_unlock(mutex);
        if (ret) {
                perror("Error in pthread mutex unlock");
                exit(-1);
        }
 }
 
-/*
- * called with urcu_mutex held.
- */
-static void switch_next_urcu_qparity(void)
+#ifdef RCU_MEMBARRIER
+static void smp_mb_master(int group)
 {
-       urcu_gp_ctr ^= RCU_GP_CTR_BIT;
+       if (caa_likely(has_sys_membarrier))
+               membarrier(MEMBARRIER_EXPEDITED);
+       else
+               cmm_smp_mb();
 }
+#endif
 
-#ifdef DEBUG_FULL_MB
-static void force_mb_all_threads(void)
+#ifdef RCU_MB
+static void smp_mb_master(int group)
 {
-       smp_mb();
+       cmm_smp_mb();
 }
-#else
-static void force_mb_all_threads(void)
+#endif
+
+#ifdef RCU_SIGNAL
+static void force_mb_all_readers(void)
 {
-       struct reader_data *index;
+       struct rcu_reader *index;
+
        /*
-        * Ask for each threads to execute a smp_mb() so we can consider the
+        * Ask for each threads to execute a cmm_smp_mb() so we can consider the
         * compiler barriers around rcu read lock as real memory barriers.
         */
-       if (!reader_data)
+       if (cds_list_empty(&registry))
                return;
-       debug_yield_write();
-       sig_done = 0;
-       debug_yield_write();
-       smp_mb();       /* write sig_done before sending the signals */
-       debug_yield_write();
-       for (index = reader_data; index < reader_data + num_readers; index++) {
-               pthread_kill(index->tid, SIGURCU);
-               debug_yield_write();
+       /*
+        * pthread_kill has a cmm_smp_mb(). But beware, we assume it performs
+        * a cache flush on architectures with non-coherent cache. Let's play
+        * safe and don't assume anything : we use cmm_smp_mc() to make sure the
+        * cache flush is enforced.
+        */
+       cds_list_for_each_entry(index, &registry, node) {
+               CMM_STORE_SHARED(index->need_mb, 1);
+               pthread_kill(index->tid, SIGRCU);
        }
        /*
         * Wait for sighandler (and thus mb()) to execute on every thread.
-        * BUSY-LOOP.
+        *
+        * Note that the pthread_kill() will never be executed on systems
+        * that correctly deliver signals in a timely manner.  However, it
+        * is not uncommon for kernels to have bugs that can result in
+        * lost or unduly delayed signals.
+        *
+        * If you are seeing the below pthread_kill() executing much at
+        * all, we suggest testing the underlying kernel and filing the
+        * relevant bug report.  For Linux kernels, we recommend getting
+        * the Linux Test Project (LTP).
         */
-       while (sig_done < num_readers)
-               barrier();
-       debug_yield_write();
-       smp_mb();       /* read sig_done before ending the barrier */
-       debug_yield_write();
+       cds_list_for_each_entry(index, &registry, node) {
+               while (CMM_LOAD_SHARED(index->need_mb)) {
+                       pthread_kill(index->tid, SIGRCU);
+                       poll(NULL, 0, 1);
+               }
+       }
+       cmm_smp_mb();   /* read ->need_mb before ending the barrier */
 }
-#endif
 
-void wait_for_quiescent_state(void)
+static void smp_mb_master(int group)
 {
-       struct reader_data *index;
+       force_mb_all_readers();
+}
+#endif /* #ifdef RCU_SIGNAL */
 
-       if (!reader_data)
-               return;
-       /* Wait for each thread urcu_active_readers count to become 0.
+/*
+ * synchronize_rcu() waiting. Single thread.
+ */
+static void wait_gp(void)
+{
+       /* Read reader_gp before read futex */
+       smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
+       if (uatomic_read(&gp_futex) == -1)
+               futex_async(&gp_futex, FUTEX_WAIT, -1,
+                     NULL, NULL, 0);
+}
+
+void update_counter_and_wait(void)
+{
+       CDS_LIST_HEAD(qsreaders);
+       int wait_loops = 0;
+       struct rcu_reader *index, *tmp;
+
+       /* Switch parity: 0 -> 1, 1 -> 0 */
+       CMM_STORE_SHARED(rcu_gp_ctr, rcu_gp_ctr ^ RCU_GP_CTR_PHASE);
+
+       /*
+        * Must commit rcu_gp_ctr update to memory before waiting for quiescent
+        * state. Failure to do so could result in the writer waiting forever
+        * while new readers are always accessing data (no progress). Enforce
+        * compiler-order of store to rcu_gp_ctr before load rcu_reader ctr.
+        */
+       cmm_barrier();
+
+       /*
+        *
+        * Adding a cmm_smp_mb() which is _not_ formally required, but makes the
+        * model easier to understand. It does not have a big performance impact
+        * anyway, given this is the write-side.
         */
-       for (index = reader_data; index < reader_data + num_readers; index++) {
+       cmm_smp_mb();
+
+       /*
+        * Wait for each thread rcu_reader.ctr count to become 0.
+        */
+       for (;;) {
+               wait_loops++;
+               if (wait_loops == RCU_QS_ACTIVE_ATTEMPTS) {
+                       uatomic_dec(&gp_futex);
+                       /* Write futex before read reader_gp */
+                       smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
+               }
+
+               cds_list_for_each_entry_safe(index, tmp, &registry, node) {
+                       if (!rcu_gp_ongoing(&index->ctr))
+                               cds_list_move(&index->node, &qsreaders);
+               }
+
+#ifndef HAS_INCOHERENT_CACHES
+               if (cds_list_empty(&registry)) {
+                       if (wait_loops == RCU_QS_ACTIVE_ATTEMPTS) {
+                               /* Read reader_gp before write futex */
+                               smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
+                               uatomic_set(&gp_futex, 0);
+                       }
+                       break;
+               } else {
+                       if (wait_loops == RCU_QS_ACTIVE_ATTEMPTS)
+                               wait_gp();
+                       else
+                               caa_cpu_relax();
+               }
+#else /* #ifndef HAS_INCOHERENT_CACHES */
                /*
-                * BUSY-LOOP.
+                * BUSY-LOOP. Force the reader thread to commit its
+                * rcu_reader.ctr update to memory if we wait for too long.
                 */
-               while (rcu_old_gp_ongoing(index->urcu_active_readers))
-                       barrier();
+               if (cds_list_empty(&registry)) {
+                       if (wait_loops == RCU_QS_ACTIVE_ATTEMPTS) {
+                               /* Read reader_gp before write futex */
+                               smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
+                               uatomic_set(&gp_futex, 0);
+                       }
+                       break;
+               } else {
+                       switch (wait_loops) {
+                       case RCU_QS_ACTIVE_ATTEMPTS:
+                               wait_gp();
+                               break; /* only escape switch */
+                       case KICK_READER_LOOPS:
+                               smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
+                               wait_loops = 0;
+                               break; /* only escape switch */
+                       default:
+                               caa_cpu_relax();
+                       }
+               }
+#endif /* #else #ifndef HAS_INCOHERENT_CACHES */
        }
+       /* put back the reader list in the registry */
+       cds_list_splice(&qsreaders, &registry);
 }
 
 void synchronize_rcu(void)
 {
-       /* All threads should read qparity before accessing data structure
-        * where new ptr points to. */
-       /* Write new ptr before changing the qparity */
-       force_mb_all_threads();
-       debug_yield_write();
-
-       internal_urcu_lock();
-       debug_yield_write();
+       mutex_lock(&rcu_gp_lock);
 
-       switch_next_urcu_qparity();     /* 0 -> 1 */
-       debug_yield_write();
+       if (cds_list_empty(&registry))
+               goto out;
 
-       /*
-        * Must commit qparity update to memory before waiting for parity
-        * 0 quiescent state. Failure to do so could result in the writer
-        * waiting forever while new readers are always accessing data (no
-        * progress).
-        */
-       smp_mb();
+       /* All threads should read qparity before accessing data structure
+        * where new ptr points to. Must be done within rcu_gp_lock because it
+        * iterates on reader threads.*/
+       /* Write new ptr before changing the qparity */
+       smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
 
        /*
         * Wait for previous parity to be empty of readers.
         */
-       wait_for_quiescent_state();     /* Wait readers in parity 0 */
-       debug_yield_write();
+       update_counter_and_wait();      /* 0 -> 1, wait readers in parity 0 */
 
        /*
         * Must finish waiting for quiescent state for parity 0 before
-        * committing qparity update to memory. Failure to do so could result in
-        * the writer waiting forever while new readers are always accessing
-        * data (no progress).
+        * committing next rcu_gp_ctr update to memory. Failure to do so could
+        * result in the writer waiting forever while new readers are always
+        * accessing data (no progress).  Enforce compiler-order of load
+        * rcu_reader ctr before store to rcu_gp_ctr.
         */
-       smp_mb();
-
-       switch_next_urcu_qparity();     /* 1 -> 0 */
-       debug_yield_write();
+       cmm_barrier();
 
        /*
-        * Must commit qparity update to memory before waiting for parity
-        * 1 quiescent state. Failure to do so could result in the writer
-        * waiting forever while new readers are always accessing data (no
-        * progress).
+        * Adding a cmm_smp_mb() which is _not_ formally required, but makes the
+        * model easier to understand. It does not have a big performance impact
+        * anyway, given this is the write-side.
         */
-       smp_mb();
+       cmm_smp_mb();
 
        /*
         * Wait for previous parity to be empty of readers.
         */
-       wait_for_quiescent_state();     /* Wait readers in parity 1 */
-       debug_yield_write();
-
-       internal_urcu_unlock();
-       debug_yield_write();
+       update_counter_and_wait();      /* 1 -> 0, wait readers in parity 1 */
 
-       /* All threads should finish using the data referred to by old ptr
-        * before decrementing their urcu_active_readers count */
        /* Finish waiting for reader threads before letting the old ptr being
-        * freed. */
-       force_mb_all_threads();
-       debug_yield_write();
+        * freed. Must be done within rcu_gp_lock because it iterates on reader
+        * threads. */
+       smp_mb_master(RCU_MB_GROUP);
+out:
+       mutex_unlock(&rcu_gp_lock);
 }
 
-void urcu_add_reader(pthread_t id)
+/*
+ * library wrappers to be used by non-LGPL compatible source code.
+ */
+
+void rcu_read_lock(void)
 {
-       struct reader_data *oldarray;
+       _rcu_read_lock();
+}
 
-       if (!reader_data) {
-               alloc_readers = INIT_NUM_THREADS;
-               num_readers = 0;
-               reader_data =
-                       malloc(sizeof(struct reader_data) * alloc_readers);
-       }
-       if (alloc_readers < num_readers + 1) {
-               oldarray = reader_data;
-               reader_data = malloc(sizeof(struct reader_data)
-                               * (alloc_readers << 1));
-               memcpy(reader_data, oldarray,
-                       sizeof(struct reader_data) * alloc_readers);
-               alloc_readers <<= 1;
-               free(oldarray);
-       }
-       reader_data[num_readers].tid = id;
-       /* reference to the TLS of _this_ reader thread. */
-       reader_data[num_readers].urcu_active_readers = &urcu_active_readers;
-       num_readers++;
+void rcu_read_unlock(void)
+{
+       _rcu_read_unlock();
 }
 
-/*
- * Never shrink (implementation limitation).
- * This is O(nb threads). Eventually use a hash table.
- */
-void urcu_remove_reader(pthread_t id)
+void rcu_register_thread(void)
 {
-       struct reader_data *index;
-
-       assert(reader_data != NULL);
-       for (index = reader_data; index < reader_data + num_readers; index++) {
-               if (pthread_equal(index->tid, id)) {
-                       memcpy(index, &reader_data[num_readers - 1],
-                               sizeof(struct reader_data));
-                       reader_data[num_readers - 1].tid = 0;
-                       reader_data[num_readers - 1].urcu_active_readers = NULL;
-                       num_readers--;
-                       return;
-               }
-       }
-       /* Hrm not found, forgot to register ? */
-       assert(0);
+       rcu_reader.tid = pthread_self();
+       assert(rcu_reader.need_mb == 0);
+       assert(!(rcu_reader.ctr & RCU_GP_CTR_NEST_MASK));
+
+       mutex_lock(&rcu_gp_lock);
+       rcu_init();     /* In case gcc does not support constructor attribute */
+       cds_list_add(&rcu_reader.node, &registry);
+       mutex_unlock(&rcu_gp_lock);
 }
 
-void urcu_register_thread(void)
+void rcu_unregister_thread(void)
 {
-       internal_urcu_lock();
-       urcu_add_reader(pthread_self());
-       internal_urcu_unlock();
+       mutex_lock(&rcu_gp_lock);
+       cds_list_del(&rcu_reader.node);
+       mutex_unlock(&rcu_gp_lock);
 }
 
-void urcu_unregister_thread(void)
+#ifdef RCU_MEMBARRIER
+void rcu_init(void)
 {
-       internal_urcu_lock();
-       urcu_remove_reader(pthread_self());
-       internal_urcu_unlock();
+       if (init_done)
+               return;
+       init_done = 1;
+       if (!membarrier(MEMBARRIER_EXPEDITED | MEMBARRIER_QUERY))
+               has_sys_membarrier = 1;
 }
+#endif
 
-#ifndef DEBUG_FULL_MB
-void sigurcu_handler(int signo, siginfo_t *siginfo, void *context)
+#ifdef RCU_SIGNAL
+static void sigrcu_handler(int signo, siginfo_t *siginfo, void *context)
 {
-       smp_mb();
-       atomic_inc(&sig_done);
+       /*
+        * Executing this cmm_smp_mb() is the only purpose of this signal handler.
+        * It punctually promotes cmm_barrier() into cmm_smp_mb() on every thread it is
+        * executed on.
+        */
+       cmm_smp_mb();
+       _CMM_STORE_SHARED(rcu_reader.need_mb, 0);
+       cmm_smp_mb();
 }
 
-void __attribute__((constructor)) urcu_init(void)
+/*
+ * rcu_init constructor. Called when the library is linked, but also when
+ * reader threads are calling rcu_register_thread().
+ * Should only be called by a single thread at a given time. This is ensured by
+ * holing the rcu_gp_lock from rcu_register_thread() or by running at library
+ * load time, which should not be executed by multiple threads nor concurrently
+ * with rcu_register_thread() anyway.
+ */
+void rcu_init(void)
 {
        struct sigaction act;
        int ret;
 
-       act.sa_sigaction = sigurcu_handler;
-       ret = sigaction(SIGURCU, &act, NULL);
+       if (init_done)
+               return;
+       init_done = 1;
+
+       act.sa_sigaction = sigrcu_handler;
+       act.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_RESTART;
+       sigemptyset(&act.sa_mask);
+       ret = sigaction(SIGRCU, &act, NULL);
        if (ret) {
                perror("Error in sigaction");
                exit(-1);
        }
 }
 
-void __attribute__((destructor)) urcu_exit(void)
+void rcu_exit(void)
 {
        struct sigaction act;
        int ret;
 
-       ret = sigaction(SIGURCU, NULL, &act);
+       ret = sigaction(SIGRCU, NULL, &act);
        if (ret) {
                perror("Error in sigaction");
                exit(-1);
        }
-       assert(act.sa_sigaction == sigurcu_handler);
-       free(reader_data);
+       assert(act.sa_sigaction == sigrcu_handler);
+       assert(cds_list_empty(&registry));
 }
-#endif
+
+#endif /* #ifdef RCU_SIGNAL */
+
+DEFINE_RCU_FLAVOR()
+
+#include "urcu-call-rcu-impl.h"
+#include "urcu-defer-impl.h"
This page took 0.0291940000000001 seconds and 4 git commands to generate.