Merge branch 'acpi-ec'
[linux-drm-fsl-dcu.git] / kernel / locking / rwsem-xadd.c
1 /* rwsem.c: R/W semaphores: contention handling functions
2  *
3  * Written by David Howells (dhowells@redhat.com).
4  * Derived from arch/i386/kernel/semaphore.c
5  *
6  * Writer lock-stealing by Alex Shi <alex.shi@intel.com>
7  * and Michel Lespinasse <walken@google.com>
8  *
9  * Optimistic spinning by Tim Chen <tim.c.chen@intel.com>
10  * and Davidlohr Bueso <davidlohr@hp.com>. Based on mutexes.
11  */
12 #include <linux/rwsem.h>
13 #include <linux/sched.h>
14 #include <linux/init.h>
15 #include <linux/export.h>
16 #include <linux/sched/rt.h>
17
18 #include "mcs_spinlock.h"
19
20 /*
21  * Guide to the rw_semaphore's count field for common values.
22  * (32-bit case illustrated, similar for 64-bit)
23  *
24  * 0x0000000X   (1) X readers active or attempting lock, no writer waiting
25  *                  X = #active_readers + #readers attempting to lock
26  *                  (X*ACTIVE_BIAS)
27  *
28  * 0x00000000   rwsem is unlocked, and no one is waiting for the lock or
29  *              attempting to read lock or write lock.
30  *
31  * 0xffff000X   (1) X readers active or attempting lock, with waiters for lock
32  *                  X = #active readers + # readers attempting lock
33  *                  (X*ACTIVE_BIAS + WAITING_BIAS)
34  *              (2) 1 writer attempting lock, no waiters for lock
35  *                  X-1 = #active readers + #readers attempting lock
36  *                  ((X-1)*ACTIVE_BIAS + ACTIVE_WRITE_BIAS)
37  *              (3) 1 writer active, no waiters for lock
38  *                  X-1 = #active readers + #readers attempting lock
39  *                  ((X-1)*ACTIVE_BIAS + ACTIVE_WRITE_BIAS)
40  *
41  * 0xffff0001   (1) 1 reader active or attempting lock, waiters for lock
42  *                  (WAITING_BIAS + ACTIVE_BIAS)
43  *              (2) 1 writer active or attempting lock, no waiters for lock
44  *                  (ACTIVE_WRITE_BIAS)
45  *
46  * 0xffff0000   (1) There are writers or readers queued but none active
47  *                  or in the process of attempting lock.
48  *                  (WAITING_BIAS)
49  *              Note: writer can attempt to steal lock for this count by adding
50  *              ACTIVE_WRITE_BIAS in cmpxchg and checking the old count
51  *
52  * 0xfffe0001   (1) 1 writer active, or attempting lock. Waiters on queue.
53  *                  (ACTIVE_WRITE_BIAS + WAITING_BIAS)
54  *
55  * Note: Readers attempt to lock by adding ACTIVE_BIAS in down_read and checking
56  *       the count becomes more than 0 for successful lock acquisition,
57  *       i.e. the case where there are only readers or nobody has lock.
58  *       (1st and 2nd case above).
59  *
60  *       Writers attempt to lock by adding ACTIVE_WRITE_BIAS in down_write and
61  *       checking the count becomes ACTIVE_WRITE_BIAS for successful lock
62  *       acquisition (i.e. nobody else has lock or attempts lock).  If
63  *       unsuccessful, in rwsem_down_write_failed, we'll check to see if there
64  *       are only waiters but none active (5th case above), and attempt to
65  *       steal the lock.
66  *
67  */
68
69 /*
70  * Initialize an rwsem:
71  */
72 void __init_rwsem(struct rw_semaphore *sem, const char *name,
73                   struct lock_class_key *key)
74 {
75 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
76         /*
77          * Make sure we are not reinitializing a held semaphore:
78          */
79         debug_check_no_locks_freed((void *)sem, sizeof(*sem));
80         lockdep_init_map(&sem->dep_map, name, key, 0);
81 #endif
82         sem->count = RWSEM_UNLOCKED_VALUE;
83         raw_spin_lock_init(&sem->wait_lock);
84         INIT_LIST_HEAD(&sem->wait_list);
85 #ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
86         sem->owner = NULL;
87         osq_lock_init(&sem->osq);
88 #endif
89 }
90
91 EXPORT_SYMBOL(__init_rwsem);
92
93 enum rwsem_waiter_type {
94         RWSEM_WAITING_FOR_WRITE,
95         RWSEM_WAITING_FOR_READ
96 };
97
98 struct rwsem_waiter {
99         struct list_head list;
100         struct task_struct *task;
101         enum rwsem_waiter_type type;
102 };
103
104 enum rwsem_wake_type {
105         RWSEM_WAKE_ANY,         /* Wake whatever's at head of wait list */
106         RWSEM_WAKE_READERS,     /* Wake readers only */
107         RWSEM_WAKE_READ_OWNED   /* Waker thread holds the read lock */
108 };
109
110 /*
111  * handle the lock release when processes blocked on it that can now run
112  * - if we come here from up_xxxx(), then:
113  *   - the 'active part' of count (&0x0000ffff) reached 0 (but may have changed)
114  *   - the 'waiting part' of count (&0xffff0000) is -ve (and will still be so)
115  * - there must be someone on the queue
116  * - the spinlock must be held by the caller
117  * - woken process blocks are discarded from the list after having task zeroed
118  * - writers are only woken if downgrading is false
119  */
120 static struct rw_semaphore *
121 __rwsem_do_wake(struct rw_semaphore *sem, enum rwsem_wake_type wake_type)
122 {
123         struct rwsem_waiter *waiter;
124         struct task_struct *tsk;
125         struct list_head *next;
126         long oldcount, woken, loop, adjustment;
127
128         waiter = list_entry(sem->wait_list.next, struct rwsem_waiter, list);
129         if (waiter->type == RWSEM_WAITING_FOR_WRITE) {
130                 if (wake_type == RWSEM_WAKE_ANY)
131                         /* Wake writer at the front of the queue, but do not
132                          * grant it the lock yet as we want other writers
133                          * to be able to steal it.  Readers, on the other hand,
134                          * will block as they will notice the queued writer.
135                          */
136                         wake_up_process(waiter->task);
137                 goto out;
138         }
139
140         /* Writers might steal the lock before we grant it to the next reader.
141          * We prefer to do the first reader grant before counting readers
142          * so we can bail out early if a writer stole the lock.
143          */
144         adjustment = 0;
145         if (wake_type != RWSEM_WAKE_READ_OWNED) {
146                 adjustment = RWSEM_ACTIVE_READ_BIAS;
147  try_reader_grant:
148                 oldcount = rwsem_atomic_update(adjustment, sem) - adjustment;
149                 if (unlikely(oldcount < RWSEM_WAITING_BIAS)) {
150                         /* A writer stole the lock. Undo our reader grant. */
151                         if (rwsem_atomic_update(-adjustment, sem) &
152                                                 RWSEM_ACTIVE_MASK)
153                                 goto out;
154                         /* Last active locker left. Retry waking readers. */
155                         goto try_reader_grant;
156                 }
157         }
158
159         /* Grant an infinite number of read locks to the readers at the front
160          * of the queue.  Note we increment the 'active part' of the count by
161          * the number of readers before waking any processes up.
162          */
163         woken = 0;
164         do {
165                 woken++;
166
167                 if (waiter->list.next == &sem->wait_list)
168                         break;
169
170                 waiter = list_entry(waiter->list.next,
171                                         struct rwsem_waiter, list);
172
173         } while (waiter->type != RWSEM_WAITING_FOR_WRITE);
174
175         adjustment = woken * RWSEM_ACTIVE_READ_BIAS - adjustment;
176         if (waiter->type != RWSEM_WAITING_FOR_WRITE)
177                 /* hit end of list above */
178                 adjustment -= RWSEM_WAITING_BIAS;
179
180         if (adjustment)
181                 rwsem_atomic_add(adjustment, sem);
182
183         next = sem->wait_list.next;
184         loop = woken;
185         do {
186                 waiter = list_entry(next, struct rwsem_waiter, list);
187                 next = waiter->list.next;
188                 tsk = waiter->task;
189                 smp_mb();
190                 waiter->task = NULL;
191                 wake_up_process(tsk);
192                 put_task_struct(tsk);
193         } while (--loop);
194
195         sem->wait_list.next = next;
196         next->prev = &sem->wait_list;
197
198  out:
199         return sem;
200 }
201
202 /*
203  * Wait for the read lock to be granted
204  */
205 __visible
206 struct rw_semaphore __sched *rwsem_down_read_failed(struct rw_semaphore *sem)
207 {
208         long count, adjustment = -RWSEM_ACTIVE_READ_BIAS;
209         struct rwsem_waiter waiter;
210         struct task_struct *tsk = current;
211
212         /* set up my own style of waitqueue */
213         waiter.task = tsk;
214         waiter.type = RWSEM_WAITING_FOR_READ;
215         get_task_struct(tsk);
216
217         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
218         if (list_empty(&sem->wait_list))
219                 adjustment += RWSEM_WAITING_BIAS;
220         list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
221
222         /* we're now waiting on the lock, but no longer actively locking */
223         count = rwsem_atomic_update(adjustment, sem);
224
225         /* If there are no active locks, wake the front queued process(es).
226          *
227          * If there are no writers and we are first in the queue,
228          * wake our own waiter to join the existing active readers !
229          */
230         if (count == RWSEM_WAITING_BIAS ||
231             (count > RWSEM_WAITING_BIAS &&
232              adjustment != -RWSEM_ACTIVE_READ_BIAS))
233                 sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_ANY);
234
235         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
236
237         /* wait to be given the lock */
238         while (true) {
239                 set_task_state(tsk, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
240                 if (!waiter.task)
241                         break;
242                 schedule();
243         }
244
245         __set_task_state(tsk, TASK_RUNNING);
246         return sem;
247 }
248 EXPORT_SYMBOL(rwsem_down_read_failed);
249
250 static inline bool rwsem_try_write_lock(long count, struct rw_semaphore *sem)
251 {
252         /*
253          * Try acquiring the write lock. Check count first in order
254          * to reduce unnecessary expensive cmpxchg() operations.
255          */
256         if (count == RWSEM_WAITING_BIAS &&
257             cmpxchg(&sem->count, RWSEM_WAITING_BIAS,
258                     RWSEM_ACTIVE_WRITE_BIAS) == RWSEM_WAITING_BIAS) {
259                 if (!list_is_singular(&sem->wait_list))
260                         rwsem_atomic_update(RWSEM_WAITING_BIAS, sem);
261                 return true;
262         }
263
264         return false;
265 }
266
267 #ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
268 /*
269  * Try to acquire write lock before the writer has been put on wait queue.
270  */
271 static inline bool rwsem_try_write_lock_unqueued(struct rw_semaphore *sem)
272 {
273         long old, count = ACCESS_ONCE(sem->count);
274
275         while (true) {
276                 if (!(count == 0 || count == RWSEM_WAITING_BIAS))
277                         return false;
278
279                 old = cmpxchg(&sem->count, count, count + RWSEM_ACTIVE_WRITE_BIAS);
280                 if (old == count)
281                         return true;
282
283                 count = old;
284         }
285 }
286
287 static inline bool rwsem_can_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem)
288 {
289         struct task_struct *owner;
290         bool on_cpu = false;
291
292         if (need_resched())
293                 return false;
294
295         rcu_read_lock();
296         owner = ACCESS_ONCE(sem->owner);
297         if (owner)
298                 on_cpu = owner->on_cpu;
299         rcu_read_unlock();
300
301         /*
302          * If sem->owner is not set, yet we have just recently entered the
303          * slowpath, then there is a possibility reader(s) may have the lock.
304          * To be safe, avoid spinning in these situations.
305          */
306         return on_cpu;
307 }
308
309 static inline bool owner_running(struct rw_semaphore *sem,
310                                  struct task_struct *owner)
311 {
312         if (sem->owner != owner)
313                 return false;
314
315         /*
316          * Ensure we emit the owner->on_cpu, dereference _after_ checking
317          * sem->owner still matches owner, if that fails, owner might
318          * point to free()d memory, if it still matches, the rcu_read_lock()
319          * ensures the memory stays valid.
320          */
321         barrier();
322
323         return owner->on_cpu;
324 }
325
326 static noinline
327 bool rwsem_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem, struct task_struct *owner)
328 {
329         rcu_read_lock();
330         while (owner_running(sem, owner)) {
331                 if (need_resched())
332                         break;
333
334                 cpu_relax_lowlatency();
335         }
336         rcu_read_unlock();
337
338         /*
339          * We break out the loop above on need_resched() or when the
340          * owner changed, which is a sign for heavy contention. Return
341          * success only when sem->owner is NULL.
342          */
343         return sem->owner == NULL;
344 }
345
346 static bool rwsem_optimistic_spin(struct rw_semaphore *sem)
347 {
348         struct task_struct *owner;
349         bool taken = false;
350
351         preempt_disable();
352
353         /* sem->wait_lock should not be held when doing optimistic spinning */
354         if (!rwsem_can_spin_on_owner(sem))
355                 goto done;
356
357         if (!osq_lock(&sem->osq))
358                 goto done;
359
360         while (true) {
361                 owner = ACCESS_ONCE(sem->owner);
362                 if (owner && !rwsem_spin_on_owner(sem, owner))
363                         break;
364
365                 /* wait_lock will be acquired if write_lock is obtained */
366                 if (rwsem_try_write_lock_unqueued(sem)) {
367                         taken = true;
368                         break;
369                 }
370
371                 /*
372                  * When there's no owner, we might have preempted between the
373                  * owner acquiring the lock and setting the owner field. If
374                  * we're an RT task that will live-lock because we won't let
375                  * the owner complete.
376                  */
377                 if (!owner && (need_resched() || rt_task(current)))
378                         break;
379
380                 /*
381                  * The cpu_relax() call is a compiler barrier which forces
382                  * everything in this loop to be re-loaded. We don't need
383                  * memory barriers as we'll eventually observe the right
384                  * values at the cost of a few extra spins.
385                  */
386                 cpu_relax_lowlatency();
387         }
388         osq_unlock(&sem->osq);
389 done:
390         preempt_enable();
391         return taken;
392 }
393
394 #else
395 static bool rwsem_optimistic_spin(struct rw_semaphore *sem)
396 {
397         return false;
398 }
399 #endif
400
401 /*
402  * Wait until we successfully acquire the write lock
403  */
404 __visible
405 struct rw_semaphore __sched *rwsem_down_write_failed(struct rw_semaphore *sem)
406 {
407         long count;
408         bool waiting = true; /* any queued threads before us */
409         struct rwsem_waiter waiter;
410
411         /* undo write bias from down_write operation, stop active locking */
412         count = rwsem_atomic_update(-RWSEM_ACTIVE_WRITE_BIAS, sem);
413
414         /* do optimistic spinning and steal lock if possible */
415         if (rwsem_optimistic_spin(sem))
416                 return sem;
417
418         /*
419          * Optimistic spinning failed, proceed to the slowpath
420          * and block until we can acquire the sem.
421          */
422         waiter.task = current;
423         waiter.type = RWSEM_WAITING_FOR_WRITE;
424
425         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
426
427         /* account for this before adding a new element to the list */
428         if (list_empty(&sem->wait_list))
429                 waiting = false;
430
431         list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
432
433         /* we're now waiting on the lock, but no longer actively locking */
434         if (waiting) {
435                 count = ACCESS_ONCE(sem->count);
436
437                 /*
438                  * If there were already threads queued before us and there are
439                  * no active writers, the lock must be read owned; so we try to
440                  * wake any read locks that were queued ahead of us.
441                  */
442                 if (count > RWSEM_WAITING_BIAS)
443                         sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_READERS);
444
445         } else
446                 count = rwsem_atomic_update(RWSEM_WAITING_BIAS, sem);
447
448         /* wait until we successfully acquire the lock */
449         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
450         while (true) {
451                 if (rwsem_try_write_lock(count, sem))
452                         break;
453                 raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
454
455                 /* Block until there are no active lockers. */
456                 do {
457                         schedule();
458                         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
459                 } while ((count = sem->count) & RWSEM_ACTIVE_MASK);
460
461                 raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
462         }
463         __set_current_state(TASK_RUNNING);
464
465         list_del(&waiter.list);
466         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
467
468         return sem;
469 }
470 EXPORT_SYMBOL(rwsem_down_write_failed);
471
472 /*
473  * handle waking up a waiter on the semaphore
474  * - up_read/up_write has decremented the active part of count if we come here
475  */
476 __visible
477 struct rw_semaphore *rwsem_wake(struct rw_semaphore *sem)
478 {
479         unsigned long flags;
480
481         raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
482
483         /* do nothing if list empty */
484         if (!list_empty(&sem->wait_list))
485                 sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_ANY);
486
487         raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
488
489         return sem;
490 }
491 EXPORT_SYMBOL(rwsem_wake);
492
493 /*
494  * downgrade a write lock into a read lock
495  * - caller incremented waiting part of count and discovered it still negative
496  * - just wake up any readers at the front of the queue
497  */
498 __visible
499 struct rw_semaphore *rwsem_downgrade_wake(struct rw_semaphore *sem)
500 {
501         unsigned long flags;
502
503         raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
504
505         /* do nothing if list empty */
506         if (!list_empty(&sem->wait_list))
507                 sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_READ_OWNED);
508
509         raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
510
511         return sem;
512 }
513 EXPORT_SYMBOL(rwsem_downgrade_wake);