Merge branch 'linux-3.18' of git://anongit.freedesktop.org/git/nouveau/linux-2.6...
[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         tsk->state = TASK_RUNNING;
246
247         return sem;
248 }
249 EXPORT_SYMBOL(rwsem_down_read_failed);
250
251 static inline bool rwsem_try_write_lock(long count, struct rw_semaphore *sem)
252 {
253         /*
254          * Try acquiring the write lock. Check count first in order
255          * to reduce unnecessary expensive cmpxchg() operations.
256          */
257         if (count == RWSEM_WAITING_BIAS &&
258             cmpxchg(&sem->count, RWSEM_WAITING_BIAS,
259                     RWSEM_ACTIVE_WRITE_BIAS) == RWSEM_WAITING_BIAS) {
260                 if (!list_is_singular(&sem->wait_list))
261                         rwsem_atomic_update(RWSEM_WAITING_BIAS, sem);
262                 return true;
263         }
264
265         return false;
266 }
267
268 #ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
269 /*
270  * Try to acquire write lock before the writer has been put on wait queue.
271  */
272 static inline bool rwsem_try_write_lock_unqueued(struct rw_semaphore *sem)
273 {
274         long old, count = ACCESS_ONCE(sem->count);
275
276         while (true) {
277                 if (!(count == 0 || count == RWSEM_WAITING_BIAS))
278                         return false;
279
280                 old = cmpxchg(&sem->count, count, count + RWSEM_ACTIVE_WRITE_BIAS);
281                 if (old == count)
282                         return true;
283
284                 count = old;
285         }
286 }
287
288 static inline bool rwsem_can_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem)
289 {
290         struct task_struct *owner;
291         bool on_cpu = false;
292
293         if (need_resched())
294                 return false;
295
296         rcu_read_lock();
297         owner = ACCESS_ONCE(sem->owner);
298         if (owner)
299                 on_cpu = owner->on_cpu;
300         rcu_read_unlock();
301
302         /*
303          * If sem->owner is not set, yet we have just recently entered the
304          * slowpath, then there is a possibility reader(s) may have the lock.
305          * To be safe, avoid spinning in these situations.
306          */
307         return on_cpu;
308 }
309
310 static inline bool owner_running(struct rw_semaphore *sem,
311                                  struct task_struct *owner)
312 {
313         if (sem->owner != owner)
314                 return false;
315
316         /*
317          * Ensure we emit the owner->on_cpu, dereference _after_ checking
318          * sem->owner still matches owner, if that fails, owner might
319          * point to free()d memory, if it still matches, the rcu_read_lock()
320          * ensures the memory stays valid.
321          */
322         barrier();
323
324         return owner->on_cpu;
325 }
326
327 static noinline
328 bool rwsem_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem, struct task_struct *owner)
329 {
330         rcu_read_lock();
331         while (owner_running(sem, owner)) {
332                 if (need_resched())
333                         break;
334
335                 cpu_relax_lowlatency();
336         }
337         rcu_read_unlock();
338
339         /*
340          * We break out the loop above on need_resched() or when the
341          * owner changed, which is a sign for heavy contention. Return
342          * success only when sem->owner is NULL.
343          */
344         return sem->owner == NULL;
345 }
346
347 static bool rwsem_optimistic_spin(struct rw_semaphore *sem)
348 {
349         struct task_struct *owner;
350         bool taken = false;
351
352         preempt_disable();
353
354         /* sem->wait_lock should not be held when doing optimistic spinning */
355         if (!rwsem_can_spin_on_owner(sem))
356                 goto done;
357
358         if (!osq_lock(&sem->osq))
359                 goto done;
360
361         while (true) {
362                 owner = ACCESS_ONCE(sem->owner);
363                 if (owner && !rwsem_spin_on_owner(sem, owner))
364                         break;
365
366                 /* wait_lock will be acquired if write_lock is obtained */
367                 if (rwsem_try_write_lock_unqueued(sem)) {
368                         taken = true;
369                         break;
370                 }
371
372                 /*
373                  * When there's no owner, we might have preempted between the
374                  * owner acquiring the lock and setting the owner field. If
375                  * we're an RT task that will live-lock because we won't let
376                  * the owner complete.
377                  */
378                 if (!owner && (need_resched() || rt_task(current)))
379                         break;
380
381                 /*
382                  * The cpu_relax() call is a compiler barrier which forces
383                  * everything in this loop to be re-loaded. We don't need
384                  * memory barriers as we'll eventually observe the right
385                  * values at the cost of a few extra spins.
386                  */
387                 cpu_relax_lowlatency();
388         }
389         osq_unlock(&sem->osq);
390 done:
391         preempt_enable();
392         return taken;
393 }
394
395 #else
396 static bool rwsem_optimistic_spin(struct rw_semaphore *sem)
397 {
398         return false;
399 }
400 #endif
401
402 /*
403  * Wait until we successfully acquire the write lock
404  */
405 __visible
406 struct rw_semaphore __sched *rwsem_down_write_failed(struct rw_semaphore *sem)
407 {
408         long count;
409         bool waiting = true; /* any queued threads before us */
410         struct rwsem_waiter waiter;
411
412         /* undo write bias from down_write operation, stop active locking */
413         count = rwsem_atomic_update(-RWSEM_ACTIVE_WRITE_BIAS, sem);
414
415         /* do optimistic spinning and steal lock if possible */
416         if (rwsem_optimistic_spin(sem))
417                 return sem;
418
419         /*
420          * Optimistic spinning failed, proceed to the slowpath
421          * and block until we can acquire the sem.
422          */
423         waiter.task = current;
424         waiter.type = RWSEM_WAITING_FOR_WRITE;
425
426         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
427
428         /* account for this before adding a new element to the list */
429         if (list_empty(&sem->wait_list))
430                 waiting = false;
431
432         list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
433
434         /* we're now waiting on the lock, but no longer actively locking */
435         if (waiting) {
436                 count = ACCESS_ONCE(sem->count);
437
438                 /*
439                  * If there were already threads queued before us and there are
440                  * no active writers, the lock must be read owned; so we try to
441                  * wake any read locks that were queued ahead of us.
442                  */
443                 if (count > RWSEM_WAITING_BIAS)
444                         sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_READERS);
445
446         } else
447                 count = rwsem_atomic_update(RWSEM_WAITING_BIAS, sem);
448
449         /* wait until we successfully acquire the lock */
450         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
451         while (true) {
452                 if (rwsem_try_write_lock(count, sem))
453                         break;
454                 raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
455
456                 /* Block until there are no active lockers. */
457                 do {
458                         schedule();
459                         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
460                 } while ((count = sem->count) & RWSEM_ACTIVE_MASK);
461
462                 raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
463         }
464         __set_current_state(TASK_RUNNING);
465
466         list_del(&waiter.list);
467         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
468
469         return sem;
470 }
471 EXPORT_SYMBOL(rwsem_down_write_failed);
472
473 /*
474  * handle waking up a waiter on the semaphore
475  * - up_read/up_write has decremented the active part of count if we come here
476  */
477 __visible
478 struct rw_semaphore *rwsem_wake(struct rw_semaphore *sem)
479 {
480         unsigned long flags;
481
482         raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
483
484         /* do nothing if list empty */
485         if (!list_empty(&sem->wait_list))
486                 sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_ANY);
487
488         raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
489
490         return sem;
491 }
492 EXPORT_SYMBOL(rwsem_wake);
493
494 /*
495  * downgrade a write lock into a read lock
496  * - caller incremented waiting part of count and discovered it still negative
497  * - just wake up any readers at the front of the queue
498  */
499 __visible
500 struct rw_semaphore *rwsem_downgrade_wake(struct rw_semaphore *sem)
501 {
502         unsigned long flags;
503
504         raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
505
506         /* do nothing if list empty */
507         if (!list_empty(&sem->wait_list))
508                 sem = __rwsem_do_wake(sem, RWSEM_WAKE_READ_OWNED);
509
510         raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
511
512         return sem;
513 }
514 EXPORT_SYMBOL(rwsem_downgrade_wake);