wfcqueue: enqueue and splice return queue state
[urcu.git] / urcu / static / wfcqueue.h
index a989984b4030b52f79cc737604aed997f2163d4a..1200227f4d3f6ade1f118b47ec77d592b3a508b5 100644 (file)
@@ -2,12 +2,12 @@
 #define _URCU_WFCQUEUE_STATIC_H
 
 /*
- * wfcqueue-static.h
+ * urcu/static/wfcqueue.h
  *
  * Userspace RCU library - Concurrent Queue with Wait-Free Enqueue/Blocking Dequeue
  *
- * TO BE INCLUDED ONLY IN LGPL-COMPATIBLE CODE. See wfcqueue.h for linking
- * dynamically with the userspace rcu library.
+ * TO BE INCLUDED ONLY IN LGPL-COMPATIBLE CODE. See urcu/wfcqueue.h for
+ * linking dynamically with the userspace rcu library.
  *
  * Copyright 2010-2012 - Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
  * Copyright 2011-2012 - Lai Jiangshan <laijs@cn.fujitsu.com>
@@ -41,21 +41,28 @@ extern "C" {
 /*
  * Concurrent queue with wait-free enqueue/blocking dequeue.
  *
- * Inspired from half-wait-free/half-blocking queue implementation done by
- * Paul E. McKenney.
+ * This queue has been designed and implemented collaboratively by
+ * Mathieu Desnoyers and Lai Jiangshan. Inspired from
+ * half-wait-free/half-blocking queue implementation done by Paul E.
+ * McKenney.
  *
  * Mutual exclusion of __cds_wfcq_* API
  *
  * Unless otherwise stated, the caller must ensure mutual exclusion of
  * queue update operations "dequeue" and "splice" (for source queue).
- * Queue read operations "first" and "next" need to be protected against
- * concurrent "dequeue" and "splice" (for source queue) by the caller.
+ * Queue read operations "first" and "next", which are used by
+ * "for_each" iterations, need to be protected against concurrent
+ * "dequeue" and "splice" (for source queue) by the caller.
  * "enqueue", "splice" (for destination queue), and "empty" are the only
  * operations that can be used without any mutual exclusion.
  * Mutual exclusion can be ensured by holding cds_wfcq_dequeue_lock().
  *
  * For convenience, cds_wfcq_dequeue_blocking() and
  * cds_wfcq_splice_blocking() hold the dequeue lock.
+ *
+ * Besides locking, mutual exclusion of dequeue, splice and iteration
+ * can be ensured by performing all of those operations from a single
+ * thread, without requiring any lock.
  */
 
 #define WFCQ_ADAPT_ATTEMPTS            10      /* Retry if being set */
@@ -121,7 +128,7 @@ static inline void _cds_wfcq_dequeue_unlock(struct cds_wfcq_head *head,
        assert(!ret);
 }
 
-static inline void ___cds_wfcq_append(struct cds_wfcq_head *head,
+static inline bool ___cds_wfcq_append(struct cds_wfcq_head *head,
                struct cds_wfcq_tail *tail,
                struct cds_wfcq_node *new_head,
                struct cds_wfcq_node *new_tail)
@@ -145,6 +152,11 @@ static inline void ___cds_wfcq_append(struct cds_wfcq_head *head,
         * perspective.
         */
        CMM_STORE_SHARED(old_tail->next, new_head);
+       /*
+        * Return false if queue was empty prior to adding the node,
+        * else return true.
+        */
+       return old_tail != &head->node;
 }
 
 /*
@@ -152,19 +164,22 @@ static inline void ___cds_wfcq_append(struct cds_wfcq_head *head,
  *
  * Issues a full memory barrier before enqueue. No mutual exclusion is
  * required.
+ *
+ * Returns false if the queue was empty prior to adding the node.
+ * Returns true otherwise.
  */
-static inline void _cds_wfcq_enqueue(struct cds_wfcq_head *head,
+static inline bool _cds_wfcq_enqueue(struct cds_wfcq_head *head,
                struct cds_wfcq_tail *tail,
                struct cds_wfcq_node *new_tail)
 {
-       ___cds_wfcq_append(head, tail, new_tail, new_tail);
+       return ___cds_wfcq_append(head, tail, new_tail, new_tail);
 }
 
 /*
  * Waiting for enqueuer to complete enqueue and return the next node.
  */
 static inline struct cds_wfcq_node *
-___cds_wfcq_node_sync_next(struct cds_wfcq_node *node)
+___cds_wfcq_node_sync_next(struct cds_wfcq_node *node, int blocking)
 {
        struct cds_wfcq_node *next;
        int attempt = 0;
@@ -173,6 +188,8 @@ ___cds_wfcq_node_sync_next(struct cds_wfcq_node *node)
         * Adaptative busy-looping waiting for enqueuer to complete enqueue.
         */
        while ((next = CMM_LOAD_SHARED(node->next)) == NULL) {
+               if (!blocking)
+                       return CDS_WFCQ_WOULDBLOCK;
                if (++attempt >= WFCQ_ADAPT_ATTEMPTS) {
                        poll(NULL, 0, WFCQ_WAIT);       /* Wait for 10ms */
                        attempt = 0;
@@ -184,38 +201,59 @@ ___cds_wfcq_node_sync_next(struct cds_wfcq_node *node)
        return next;
 }
 
-/*
- * __cds_wfcq_first_blocking: get first node of a queue, without dequeuing.
- *
- * Content written into the node before enqueue is guaranteed to be
- * consistent, but no other memory ordering is ensured.
- * Should be called with cds_wfcq_dequeue_lock() held.
- */
 static inline struct cds_wfcq_node *
-___cds_wfcq_first_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
-               struct cds_wfcq_tail *tail)
+___cds_wfcq_first(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail,
+               int blocking)
 {
        struct cds_wfcq_node *node;
 
        if (_cds_wfcq_empty(head, tail))
                return NULL;
-       node = ___cds_wfcq_node_sync_next(&head->node);
+       node = ___cds_wfcq_node_sync_next(&head->node, blocking);
        /* Load head->node.next before loading node's content */
        cmm_smp_read_barrier_depends();
        return node;
 }
 
 /*
- * __cds_wfcq_next_blocking: get next node of a queue, without dequeuing.
+ * __cds_wfcq_first_blocking: get first node of a queue, without dequeuing.
  *
  * Content written into the node before enqueue is guaranteed to be
  * consistent, but no other memory ordering is ensured.
- * Should be called with cds_wfcq_dequeue_lock() held.
+ * Dequeue/splice/iteration mutual exclusion should be ensured by the
+ * caller.
+ *
+ * Used by for-like iteration macros in urcu/wfqueue.h:
+ * __cds_wfcq_for_each_blocking()
+ * __cds_wfcq_for_each_blocking_safe()
  */
 static inline struct cds_wfcq_node *
-___cds_wfcq_next_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
+___cds_wfcq_first_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail)
+{
+       return ___cds_wfcq_first(head, tail, 1);
+}
+
+
+/*
+ * __cds_wfcq_first_nonblocking: get first node of a queue, without dequeuing.
+ *
+ * Same as __cds_wfcq_first_blocking, but returns CDS_WFCQ_WOULDBLOCK if
+ * it needs to block.
+ */
+static inline struct cds_wfcq_node *
+___cds_wfcq_first_nonblocking(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail)
+{
+       return ___cds_wfcq_first(head, tail, 0);
+}
+
+static inline struct cds_wfcq_node *
+___cds_wfcq_next(struct cds_wfcq_head *head,
                struct cds_wfcq_tail *tail,
-               struct cds_wfcq_node *node)
+               struct cds_wfcq_node *node,
+               int blocking)
 {
        struct cds_wfcq_node *next;
 
@@ -230,7 +268,7 @@ ___cds_wfcq_next_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
                cmm_smp_rmb();
                if (CMM_LOAD_SHARED(tail->p) == node)
                        return NULL;
-               next = ___cds_wfcq_node_sync_next(node);
+               next = ___cds_wfcq_node_sync_next(node, blocking);
        }
        /* Load node->next before loading next's content */
        cmm_smp_read_barrier_depends();
@@ -238,28 +276,52 @@ ___cds_wfcq_next_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
 }
 
 /*
- * __cds_wfcq_dequeue_blocking: dequeue a node from the queue.
- *
- * No need to go on a waitqueue here, as there is no possible state in which the
- * list could cause dequeue to busy-loop needlessly while waiting for another
- * thread to be scheduled. The queue appears empty until tail->next is set by
- * enqueue.
+ * __cds_wfcq_next_blocking: get next node of a queue, without dequeuing.
  *
  * Content written into the node before enqueue is guaranteed to be
  * consistent, but no other memory ordering is ensured.
- * It is valid to reuse and free a dequeued node immediately.
- * Should be called with cds_wfcq_dequeue_lock() held.
+ * Dequeue/splice/iteration mutual exclusion should be ensured by the
+ * caller.
+ *
+ * Used by for-like iteration macros in urcu/wfqueue.h:
+ * __cds_wfcq_for_each_blocking()
+ * __cds_wfcq_for_each_blocking_safe()
  */
 static inline struct cds_wfcq_node *
-___cds_wfcq_dequeue_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
-               struct cds_wfcq_tail *tail)
+___cds_wfcq_next_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail,
+               struct cds_wfcq_node *node)
+{
+       return ___cds_wfcq_next(head, tail, node, 1);
+}
+
+/*
+ * __cds_wfcq_next_blocking: get next node of a queue, without dequeuing.
+ *
+ * Same as __cds_wfcq_next_blocking, but returns CDS_WFCQ_WOULDBLOCK if
+ * it needs to block.
+ */
+static inline struct cds_wfcq_node *
+___cds_wfcq_next_nonblocking(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail,
+               struct cds_wfcq_node *node)
+{
+       return ___cds_wfcq_next(head, tail, node, 0);
+}
+
+static inline struct cds_wfcq_node *
+___cds_wfcq_dequeue(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail,
+               int blocking)
 {
        struct cds_wfcq_node *node, *next;
 
        if (_cds_wfcq_empty(head, tail))
                return NULL;
 
-       node = ___cds_wfcq_node_sync_next(&head->node);
+       node = ___cds_wfcq_node_sync_next(&head->node, blocking);
+       if (!blocking && node == CDS_WFCQ_WOULDBLOCK)
+               return CDS_WFCQ_WOULDBLOCK;
 
        if ((next = CMM_LOAD_SHARED(node->next)) == NULL) {
                /*
@@ -279,7 +341,16 @@ ___cds_wfcq_dequeue_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
                _cds_wfcq_node_init(&head->node);
                if (uatomic_cmpxchg(&tail->p, node, &head->node) == node)
                        return node;
-               next = ___cds_wfcq_node_sync_next(node);
+               next = ___cds_wfcq_node_sync_next(node, blocking);
+               /*
+                * In nonblocking mode, if we would need to block to
+                * get node's next, set the head next node pointer
+                * (currently NULL) back to its original value.
+                */
+               if (!blocking && next == CDS_WFCQ_WOULDBLOCK) {
+                       head->node.next = node;
+                       return CDS_WFCQ_WOULDBLOCK;
+               }
        }
 
        /*
@@ -293,25 +364,50 @@ ___cds_wfcq_dequeue_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
 }
 
 /*
- * __cds_wfcq_splice_blocking: enqueue all src_q nodes at the end of dest_q.
+ * __cds_wfcq_dequeue_blocking: dequeue a node from the queue.
  *
- * Dequeue all nodes from src_q.
- * dest_q must be already initialized.
- * Should be called with cds_wfcq_dequeue_lock() held on src_q.
+ * Content written into the node before enqueue is guaranteed to be
+ * consistent, but no other memory ordering is ensured.
+ * It is valid to reuse and free a dequeued node immediately.
+ * Dequeue/splice/iteration mutual exclusion should be ensured by the
+ * caller.
  */
-static inline void
-___cds_wfcq_splice_blocking(
+static inline struct cds_wfcq_node *
+___cds_wfcq_dequeue_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail)
+{
+       return ___cds_wfcq_dequeue(head, tail, 1);
+}
+
+/*
+ * __cds_wfcq_dequeue_nonblocking: dequeue a node from a wait-free queue.
+ *
+ * Same as __cds_wfcq_dequeue_blocking, but returns CDS_WFCQ_WOULDBLOCK
+ * if it needs to block.
+ */
+static inline struct cds_wfcq_node *
+___cds_wfcq_dequeue_nonblocking(struct cds_wfcq_head *head,
+               struct cds_wfcq_tail *tail)
+{
+       return ___cds_wfcq_dequeue(head, tail, 0);
+}
+
+static inline enum cds_wfcq_ret
+___cds_wfcq_splice(
                struct cds_wfcq_head *dest_q_head,
                struct cds_wfcq_tail *dest_q_tail,
                struct cds_wfcq_head *src_q_head,
-               struct cds_wfcq_tail *src_q_tail)
+               struct cds_wfcq_tail *src_q_tail,
+               int blocking)
 {
        struct cds_wfcq_node *head, *tail;
 
        if (_cds_wfcq_empty(src_q_head, src_q_tail))
-               return;
+               return CDS_WFCQ_RET_SRC_EMPTY;
 
-       head = ___cds_wfcq_node_sync_next(&src_q_head->node);
+       head = ___cds_wfcq_node_sync_next(&src_q_head->node, blocking);
+       if (head == CDS_WFCQ_WOULDBLOCK)
+               return CDS_WFCQ_RET_WOULDBLOCK;
        _cds_wfcq_node_init(&src_q_head->node);
 
        /*
@@ -326,7 +422,49 @@ ___cds_wfcq_splice_blocking(
         * Append the spliced content of src_q into dest_q. Does not
         * require mutual exclusion on dest_q (wait-free).
         */
-       ___cds_wfcq_append(dest_q_head, dest_q_tail, head, tail);
+       if (___cds_wfcq_append(dest_q_head, dest_q_tail, head, tail))
+               return CDS_WFCQ_RET_DEST_NON_EMPTY;
+       else
+               return CDS_WFCQ_RET_DEST_EMPTY;
+}
+
+
+/*
+ * __cds_wfcq_splice_blocking: enqueue all src_q nodes at the end of dest_q.
+ *
+ * Dequeue all nodes from src_q.
+ * dest_q must be already initialized.
+ * Dequeue/splice/iteration mutual exclusion for src_q should be ensured
+ * by the caller.
+ * Returns enum cds_wfcq_ret which indicates the state of the src or
+ * dest queue. Never returns CDS_WFCQ_RET_WOULDBLOCK.
+ */
+static inline enum cds_wfcq_ret
+___cds_wfcq_splice_blocking(
+               struct cds_wfcq_head *dest_q_head,
+               struct cds_wfcq_tail *dest_q_tail,
+               struct cds_wfcq_head *src_q_head,
+               struct cds_wfcq_tail *src_q_tail)
+{
+       return ___cds_wfcq_splice(dest_q_head, dest_q_tail,
+               src_q_head, src_q_tail, 1);
+}
+
+/*
+ * __cds_wfcq_splice_nonblocking: enqueue all src_q nodes at the end of dest_q.
+ *
+ * Same as __cds_wfcq_splice_blocking, but returns
+ * CDS_WFCQ_RET_WOULDBLOCK if it needs to block.
+ */
+static inline enum cds_wfcq_ret
+___cds_wfcq_splice_nonblocking(
+               struct cds_wfcq_head *dest_q_head,
+               struct cds_wfcq_tail *dest_q_tail,
+               struct cds_wfcq_head *src_q_head,
+               struct cds_wfcq_tail *src_q_tail)
+{
+       return ___cds_wfcq_splice(dest_q_head, dest_q_tail,
+               src_q_head, src_q_tail, 0);
 }
 
 /*
@@ -334,7 +472,7 @@ ___cds_wfcq_splice_blocking(
  *
  * Content written into the node before enqueue is guaranteed to be
  * consistent, but no other memory ordering is ensured.
- * Mutual exlusion with (and only with) cds_wfcq_splice_blocking is
+ * Mutual exlusion with cds_wfcq_splice_blocking and dequeue lock is
  * ensured.
  * It is valid to reuse and free a dequeued node immediately.
  */
@@ -357,20 +495,25 @@ _cds_wfcq_dequeue_blocking(struct cds_wfcq_head *head,
  * dest_q must be already initialized.
  * Content written into the node before enqueue is guaranteed to be
  * consistent, but no other memory ordering is ensured.
- * Mutual exlusion with (and only with) cds_wfcq_dequeue_blocking is
+ * Mutual exlusion with cds_wfcq_dequeue_blocking and dequeue lock is
  * ensured.
+ * Returns enum cds_wfcq_ret which indicates the state of the src or
+ * dest queue. Never returns CDS_WFCQ_RET_WOULDBLOCK.
  */
-static inline void
+static inline enum cds_wfcq_ret
 _cds_wfcq_splice_blocking(
                struct cds_wfcq_head *dest_q_head,
                struct cds_wfcq_tail *dest_q_tail,
                struct cds_wfcq_head *src_q_head,
                struct cds_wfcq_tail *src_q_tail)
 {
+       enum cds_wfcq_ret ret;
+
        _cds_wfcq_dequeue_lock(src_q_head, src_q_tail);
-       ___cds_wfcq_splice_blocking(dest_q_head, dest_q_tail,
+       ret = ___cds_wfcq_splice_blocking(dest_q_head, dest_q_tail,
                        src_q_head, src_q_tail);
        _cds_wfcq_dequeue_unlock(src_q_head, src_q_tail);
+       return ret;
 }
 
 #ifdef __cplusplus
This page took 0.027247 seconds and 4 git commands to generate.