kernel/rcuclassic.c

   1 /*
   2  * 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 IBM Corporation, 2001
  19  *
  20  * Authors: Dipankar Sarma <dipankar@in.ibm.com>
  21  *          Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
  22  *
  23  * Based on the original work by Paul McKenney <paulmck@us.ibm.com>
  24  * and inputs from Rusty Russell, Andrea Arcangeli and Andi Kleen.
  25  * Papers:
  26  * http://www.rdrop.com/users/paulmck/paper/rclockpdcsproof.pdf
  27  * http://lse.sourceforge.net/locking/rclock_OLS.2001.05.01c.sc.pdf (OLS2001)
  28  *
  29  * For detailed explanation of Read-Copy Update mechanism see -
  30  *              Documentation/RCU
  31  *
  32  */
  33 #include <linux/types.h>
  34 #include <linux/kernel.h>
  35 #include <linux/init.h>
  36 #include <linux/spinlock.h>
  37 #include <linux/smp.h>
  38 #include <linux/rcupdate.h>
  39 #include <linux/interrupt.h>
  40 #include <linux/sched.h>
  41 #include <asm/atomic.h>
  42 #include <linux/bitops.h>
  43 #include <linux/module.h>
  44 #include <linux/completion.h>
  45 #include <linux/moduleparam.h>
  46 #include <linux/percpu.h>
  47 #include <linux/notifier.h>
  48 #include <linux/cpu.h>
  49 #include <linux/mutex.h>
  50
  51 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
  52 static struct lock_class_key rcu_lock_key;
  53 struct lockdep_map rcu_lock_map =
  54         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("rcu_read_lock", &rcu_lock_key);
  55 EXPORT_SYMBOL_GPL(rcu_lock_map);
  56 #endif
  57
  58
  59 /* Definition for rcupdate control block. */
  60 static struct rcu_ctrlblk rcu_ctrlblk = {
  61         .cur = -300,
  62         .completed = -300,
  63         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&rcu_ctrlblk.lock),
  64         .cpumask = CPU_MASK_NONE,
  65 };
  66 static struct rcu_ctrlblk rcu_bh_ctrlblk = {
  67         .cur = -300,
  68         .completed = -300,
  69         .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(&rcu_bh_ctrlblk.lock),
  70         .cpumask = CPU_MASK_NONE,
  71 };
  72
  73 DEFINE_PER_CPU(struct rcu_data, rcu_data) = { 0L };
  74 DEFINE_PER_CPU(struct rcu_data, rcu_bh_data) = { 0L };
  75
  76 static int blimit = 10;
  77 static int qhimark = 10000;
  78 static int qlowmark = 100;
  79
  80 #ifdef CONFIG_SMP
  81 static void force_quiescent_state(struct rcu_data *rdp,
  82                         struct rcu_ctrlblk *rcp)
  83 {
  84         int cpu;
  85         cpumask_t cpumask;
  86         set_need_resched();
  87         if (unlikely(!rcp->signaled)) {
  88                 rcp->signaled = 1;
  89                 /*
  90                  * Don't send IPI to itself. With irqs disabled,
  91                  * rdp->cpu is the current cpu.
  92                  *
  93                  * cpu_online_map is updated by the _cpu_down()
  94                  * using __stop_machine(). Since we're in irqs disabled
  95                  * section, __stop_machine() is not exectuting, hence
  96                  * the cpu_online_map is stable.
  97                  *
  98                  * However,  a cpu might have been offlined _just_ before
  99                  * we disabled irqs while entering here.
 100                  * And rcu subsystem might not yet have handled the CPU_DEAD
 101                  * notification, leading to the offlined cpu's bit
 102                  * being set in the rcp->cpumask.
 103                  *
 104                  * Hence cpumask = (rcp->cpumask & cpu_online_map) to prevent
 105                  * sending smp_reschedule() to an offlined CPU.
 106                  */
 107                 cpus_and(cpumask, rcp->cpumask, cpu_online_map);
 108                 cpu_clear(rdp->cpu, cpumask);
 109                 for_each_cpu_mask_nr(cpu, cpumask)
 110                         smp_send_reschedule(cpu);
 111         }
 112 }
 113 #else
 114 static inline void force_quiescent_state(struct rcu_data *rdp,
 115                         struct rcu_ctrlblk *rcp)
 116 {
 117         set_need_resched();
 118 }
 119 #endif
 120
 121 /**
 122  * call_rcu - Queue an RCU callback for invocation after a grace period.
 123  * @head: structure to be used for queueing the RCU updates.
 124  * @func: actual update function to be invoked after the grace period
 125  *
 126  * The update function will be invoked some time after a full grace
 127  * period elapses, in other words after all currently executing RCU
 128  * read-side critical sections have completed.  RCU read-side critical
 129  * sections are delimited by rcu_read_lock() and rcu_read_unlock(),
 130  * and may be nested.
 131  */
 132 void call_rcu(struct rcu_head *head,
 133                                 void (*func)(struct rcu_head *rcu))
 134 {
 135         unsigned long flags;
 136         struct rcu_data *rdp;
 137
 138         head->func = func;
 139         head->next = NULL;
 140         local_irq_save(flags);
 141         rdp = &__get_cpu_var(rcu_data);
 142         *rdp->nxttail = head;
 143         rdp->nxttail = &head->next;
 144         if (unlikely(++rdp->qlen > qhimark)) {
 145                 rdp->blimit = INT_MAX;
 146                 force_quiescent_state(rdp, &rcu_ctrlblk);
 147         }
 148         local_irq_restore(flags);
 149 }
 150 EXPORT_SYMBOL_GPL(call_rcu);
 151
 152 /**
 153  * call_rcu_bh - Queue an RCU for invocation after a quicker grace period.
 154  * @head: structure to be used for queueing the RCU updates.
 155  * @func: actual update function to be invoked after the grace period
 156  *
 157  * The update function will be invoked some time after a full grace
 158  * period elapses, in other words after all currently executing RCU
 159  * read-side critical sections have completed. call_rcu_bh() assumes
 160  * that the read-side critical sections end on completion of a softirq
 161  * handler. This means that read-side critical sections in process
 162  * context must not be interrupted by softirqs. This interface is to be
 163  * used when most of the read-side critical sections are in softirq context.
 164  * RCU read-side critical sections are delimited by rcu_read_lock() and
 165  * rcu_read_unlock(), * if in interrupt context or rcu_read_lock_bh()
 166  * and rcu_read_unlock_bh(), if in process context. These may be nested.
 167  */
 168 void call_rcu_bh(struct rcu_head *head,
 169                                 void (*func)(struct rcu_head *rcu))
 170 {
 171         unsigned long flags;
 172         struct rcu_data *rdp;
 173
 174         head->func = func;
 175         head->next = NULL;
 176         local_irq_save(flags);
 177         rdp = &__get_cpu_var(rcu_bh_data);
 178         *rdp->nxttail = head;
 179         rdp->nxttail = &head->next;
 180
 181         if (unlikely(++rdp->qlen > qhimark)) {
 182                 rdp->blimit = INT_MAX;
 183                 force_quiescent_state(rdp, &rcu_bh_ctrlblk);
 184         }
 185
 186         local_irq_restore(flags);
 187 }
 188 EXPORT_SYMBOL_GPL(call_rcu_bh);
 189
 190 /*
 191  * Return the number of RCU batches processed thus far.  Useful
 192  * for debug and statistics.
 193  */
 194 long rcu_batches_completed(void)
 195 {
 196         return rcu_ctrlblk.completed;
 197 }
 198 EXPORT_SYMBOL_GPL(rcu_batches_completed);
 199
 200 /*
 201  * Return the number of RCU batches processed thus far.  Useful
 202  * for debug and statistics.
 203  */
 204 long rcu_batches_completed_bh(void)
 205 {
 206         return rcu_bh_ctrlblk.completed;
 207 }
 208 EXPORT_SYMBOL_GPL(rcu_batches_completed_bh);
 209
 210 /* Raises the softirq for processing rcu_callbacks. */
 211 static inline void raise_rcu_softirq(void)
 212 {
 213         raise_softirq(RCU_SOFTIRQ);
 214         /*
 215          * The smp_mb() here is required to ensure that this cpu's
 216          * __rcu_process_callbacks() reads the most recently updated
 217          * value of rcu->cur.
 218          */
 219         smp_mb();
 220 }
 221
 222 /*
 223  * Invoke the completed RCU callbacks. They are expected to be in
 224  * a per-cpu list.
 225  */
 226 static void rcu_do_batch(struct rcu_data *rdp)
 227 {
 228         struct rcu_head *next, *list;
 229         int count = 0;
 230
 231         list = rdp->donelist;
 232         while (list) {
 233                 next = list->next;
 234                 prefetch(next);
 235                 list->func(list);
 236                 list = next;
 237                 if (++count >= rdp->blimit)
 238                         break;
 239         }
 240         rdp->donelist = list;
 241
 242         local_irq_disable();
 243         rdp->qlen -= count;
 244         local_irq_enable();
 245         if (rdp->blimit == INT_MAX && rdp->qlen <= qlowmark)
 246                 rdp->blimit = blimit;
 247
 248         if (!rdp->donelist)
 249                 rdp->donetail = &rdp->donelist;
 250         else
 251                 raise_rcu_softirq();
 252 }
 253
 254 /*
 255  * Grace period handling:
 256  * The grace period handling consists out of two steps:
 257  * - A new grace period is started.
 258  *   This is done by rcu_start_batch. The start is not broadcasted to
 259  *   all cpus, they must pick this up by comparing rcp->cur with
 260  *   rdp->quiescbatch. All cpus are recorded  in the
 261  *   rcu_ctrlblk.cpumask bitmap.
 262  * - All cpus must go through a quiescent state.
 263  *   Since the start of the grace period is not broadcasted, at least two
 264  *   calls to rcu_check_quiescent_state are required:
 265  *   The first call just notices that a new grace period is running. The
 266  *   following calls check if there was a quiescent state since the beginning
 267  *   of the grace period. If so, it updates rcu_ctrlblk.cpumask. If
 268  *   the bitmap is empty, then the grace period is completed.
 269  *   rcu_check_quiescent_state calls rcu_start_batch(0) to start the next grace
 270  *   period (if necessary).
 271  */
 272 /*
 273  * Register a new batch of callbacks, and start it up if there is currently no
 274  * active batch and the batch to be registered has not already occurred.
 275  * Caller must hold rcu_ctrlblk.lock.
 276  */
 277 static void rcu_start_batch(struct rcu_ctrlblk *rcp)
 278 {
 279         if (rcp->next_pending &&
 280                         rcp->completed == rcp->cur) {
 281                 rcp->next_pending = 0;
 282                 /*
 283                  * next_pending == 0 must be visible in
 284                  * __rcu_process_callbacks() before it can see new value of cur.
 285                  */
 286                 smp_wmb();
 287                 rcp->cur++;
 288
 289                 /*
 290                  * Accessing nohz_cpu_mask before incrementing rcp->cur needs a
 291                  * Barrier  Otherwise it can cause tickless idle CPUs to be
 292                  * included in rcp->cpumask, which will extend graceperiods
 293                  * unnecessarily.
 294                  */
 295                 smp_mb();
 296                 cpus_andnot(rcp->cpumask, cpu_online_map, nohz_cpu_mask);
 297
 298                 rcp->signaled = 0;
 299         }
 300 }
 301
 302 /*
 303  * cpu went through a quiescent state since the beginning of the grace period.
 304  * Clear it from the cpu mask and complete the grace period if it was the last
 305  * cpu. Start another grace period if someone has further entries pending
 306  */
 307 static void cpu_quiet(int cpu, struct rcu_ctrlblk *rcp)
 308 {
 309         cpu_clear(cpu, rcp->cpumask);
 310         if (cpus_empty(rcp->cpumask)) {
 311                 /* batch completed ! */
 312                 rcp->completed = rcp->cur;
 313                 rcu_start_batch(rcp);
 314         }
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Check if the cpu has gone through a quiescent state (say context
 319  * switch). If so and if it already hasn't done so in this RCU
 320  * quiescent cycle, then indicate that it has done so.
 321  */
 322 static void rcu_check_quiescent_state(struct rcu_ctrlblk *rcp,
 323                                         struct rcu_data *rdp)
 324 {
 325         if (rdp->quiescbatch != rcp->cur) {
 326                 /* start new grace period: */
 327                 rdp->qs_pending = 1;
 328                 rdp->passed_quiesc = 0;
 329                 rdp->quiescbatch = rcp->cur;
 330                 return;
 331         }
 332
 333         /* Grace period already completed for this cpu?
 334          * qs_pending is checked instead of the actual bitmap to avoid
 335          * cacheline trashing.
 336          */
 337         if (!rdp->qs_pending)
 338                 return;
 339
 340         /*
 341          * Was there a quiescent state since the beginning of the grace
 342          * period? If no, then exit and wait for the next call.
 343          */
 344         if (!rdp->passed_quiesc)
 345                 return;
 346         rdp->qs_pending = 0;
 347
 348         spin_lock(&rcp->lock);
 349         /*
 350          * rdp->quiescbatch/rcp->cur and the cpu bitmap can come out of sync
 351          * during cpu startup. Ignore the quiescent state.
 352          */
 353         if (likely(rdp->quiescbatch == rcp->cur))
 354                 cpu_quiet(rdp->cpu, rcp);
 355
 356         spin_unlock(&rcp->lock);
 357 }
 358
 359
 360 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 361
 362 /* warning! helper for rcu_offline_cpu. do not use elsewhere without reviewing
 363  * locking requirements, the list it's pulling from has to belong to a cpu
 364  * which is dead and hence not processing interrupts.
 365  */
 366 static void rcu_move_batch(struct rcu_data *this_rdp, struct rcu_head *list,
 367                                 struct rcu_head **tail)
 368 {
 369         local_irq_disable();
 370         *this_rdp->nxttail = list;
 371         if (list)
 372                 this_rdp->nxttail = tail;
 373         local_irq_enable();
 374 }
 375
 376 static void __rcu_offline_cpu(struct rcu_data *this_rdp,
 377                                 struct rcu_ctrlblk *rcp, struct rcu_data *rdp)
 378 {
 379         /* if the cpu going offline owns the grace period
 380          * we can block indefinitely waiting for it, so flush
 381          * it here
 382          */
 383         spin_lock_bh(&rcp->lock);
 384         if (rcp->cur != rcp->completed)
 385                 cpu_quiet(rdp->cpu, rcp);
 386         spin_unlock_bh(&rcp->lock);
 387         rcu_move_batch(this_rdp, rdp->donelist, rdp->donetail);
 388         rcu_move_batch(this_rdp, rdp->curlist, rdp->curtail);
 389         rcu_move_batch(this_rdp, rdp->nxtlist, rdp->nxttail);
 390
 391         local_irq_disable();
 392         this_rdp->qlen += rdp->qlen;
 393         local_irq_enable();
 394 }
 395
 396 static void rcu_offline_cpu(int cpu)
 397 {
 398         struct rcu_data *this_rdp = &get_cpu_var(rcu_data);
 399         struct rcu_data *this_bh_rdp = &get_cpu_var(rcu_bh_data);
 400
 401         __rcu_offline_cpu(this_rdp, &rcu_ctrlblk,
 402                                         &per_cpu(rcu_data, cpu));
 403         __rcu_offline_cpu(this_bh_rdp, &rcu_bh_ctrlblk,
 404                                         &per_cpu(rcu_bh_data, cpu));
 405         put_cpu_var(rcu_data);
 406         put_cpu_var(rcu_bh_data);
 407 }
 408
 409 #else
 410
 411 static void rcu_offline_cpu(int cpu)
 412 {
 413 }
 414
 415 #endif
 416
 417 /*
 418  * This does the RCU processing work from softirq context.
 419  */
 420 static void __rcu_process_callbacks(struct rcu_ctrlblk *rcp,
 421                                         struct rcu_data *rdp)
 422 {
 423         if (rdp->curlist && !rcu_batch_before(rcp->completed, rdp->batch)) {
 424                 *rdp->donetail = rdp->curlist;
 425                 rdp->donetail = rdp->curtail;
 426                 rdp->curlist = NULL;
 427                 rdp->curtail = &rdp->curlist;
 428         }
 429
 430         if (rdp->nxtlist && !rdp->curlist) {
 431                 local_irq_disable();
 432                 rdp->curlist = rdp->nxtlist;
 433                 rdp->curtail = rdp->nxttail;
 434                 rdp->nxtlist = NULL;
 435                 rdp->nxttail = &rdp->nxtlist;
 436                 local_irq_enable();
 437
 438                 /*
 439                  * start the next batch of callbacks
 440                  */
 441
 442                 /* determine batch number */
 443                 rdp->batch = rcp->cur + 1;
 444                 /* see the comment and corresponding wmb() in
 445                  * the rcu_start_batch()
 446                  */
 447                 smp_rmb();
 448
 449                 if (!rcp->next_pending) {
 450                         /* and start it/schedule start if it's a new batch */
 451                         spin_lock(&rcp->lock);
 452                         rcp->next_pending = 1;
 453                         rcu_start_batch(rcp);
 454                         spin_unlock(&rcp->lock);
 455                 }
 456         }
 457
 458         rcu_check_quiescent_state(rcp, rdp);
 459         if (rdp->donelist)
 460                 rcu_do_batch(rdp);
 461 }
 462
 463 static void rcu_process_callbacks(struct softirq_action *unused)
 464 {
 465         __rcu_process_callbacks(&rcu_ctrlblk, &__get_cpu_var(rcu_data));
 466         __rcu_process_callbacks(&rcu_bh_ctrlblk, &__get_cpu_var(rcu_bh_data));
 467 }
 468
 469 static int __rcu_pending(struct rcu_ctrlblk *rcp, struct rcu_data *rdp)
 470 {
 471         /* This cpu has pending rcu entries and the grace period
 472          * for them has completed.
 473          */
 474         if (rdp->curlist && !rcu_batch_before(rcp->completed, rdp->batch))
 475                 return 1;
 476
 477         /* This cpu has no pending entries, but there are new entries */
 478         if (!rdp->curlist && rdp->nxtlist)
 479                 return 1;
 480
 481         /* This cpu has finished callbacks to invoke */
 482         if (rdp->donelist)
 483                 return 1;
 484
 485         /* The rcu core waits for a quiescent state from the cpu */
 486         if (rdp->quiescbatch != rcp->cur || rdp->qs_pending)
 487                 return 1;
 488
 489         /* nothing to do */
 490         return 0;
 491 }
 492
 493 /*
 494  * Check to see if there is any immediate RCU-related work to be done
 495  * by the current CPU, returning 1 if so.  This function is part of the
 496  * RCU implementation; it is -not- an exported member of the RCU API.
 497  */
 498 int rcu_pending(int cpu)
 499 {
 500         return __rcu_pending(&rcu_ctrlblk, &per_cpu(rcu_data, cpu)) ||
 501                 __rcu_pending(&rcu_bh_ctrlblk, &per_cpu(rcu_bh_data, cpu));
 502 }
 503
 504 /*
 505  * Check to see if any future RCU-related work will need to be done
 506  * by the current CPU, even if none need be done immediately, returning
 507  * 1 if so.  This function is part of the RCU implementation; it is -not-
 508  * an exported member of the RCU API.
 509  */
 510 int rcu_needs_cpu(int cpu)
 511 {
 512         struct rcu_data *rdp = &per_cpu(rcu_data, cpu);
 513         struct rcu_data *rdp_bh = &per_cpu(rcu_bh_data, cpu);
 514
 515         return (!!rdp->curlist || !!rdp_bh->curlist || rcu_pending(cpu));
 516 }
 517
 518 void rcu_check_callbacks(int cpu, int user)
 519 {
 520         if (user ||
 521             (idle_cpu(cpu) && !in_softirq() &&
 522                                 hardirq_count() <= (1 << HARDIRQ_SHIFT))) {
 523
 524                 /*
 525                  * Get here if this CPU took its interrupt from user
 526                  * mode or from the idle loop, and if this is not a
 527                  * nested interrupt.  In this case, the CPU is in
 528                  * a quiescent state, so count it.
 529                  *
 530                  * Also do a memory barrier.  This is needed to handle
 531                  * the case where writes from a preempt-disable section
 532                  * of code get reordered into schedule() by this CPU's
 533                  * write buffer.  The memory barrier makes sure that
 534                  * the rcu_qsctr_inc() and rcu_bh_qsctr_inc() are see
 535                  * by other CPUs to happen after any such write.
 536                  */
 537
 538                 smp_mb();  /* See above block comment. */
 539                 rcu_qsctr_inc(cpu);
 540                 rcu_bh_qsctr_inc(cpu);
 541
 542         } else if (!in_softirq()) {
 543
 544                 /*
 545                  * Get here if this CPU did not take its interrupt from
 546                  * softirq, in other words, if it is not interrupting
 547                  * a rcu_bh read-side critical section.  This is an _bh
 548                  * critical section, so count it.  The memory barrier
 549                  * is needed for the same reason as is the above one.
 550                  */
 551
 552                 smp_mb();  /* See above block comment. */
 553                 rcu_bh_qsctr_inc(cpu);
 554         }
 555         raise_rcu_softirq();
 556 }
 557
 558 static void rcu_init_percpu_data(int cpu, struct rcu_ctrlblk *rcp,
 559                                                 struct rcu_data *rdp)
 560 {
 561         memset(rdp, 0, sizeof(*rdp));
 562         rdp->curtail = &rdp->curlist;
 563         rdp->nxttail = &rdp->nxtlist;
 564         rdp->donetail = &rdp->donelist;
 565         rdp->quiescbatch = rcp->completed;
 566         rdp->qs_pending = 0;
 567         rdp->cpu = cpu;
 568         rdp->blimit = blimit;
 569 }
 570
 571 static void __cpuinit rcu_online_cpu(int cpu)
 572 {
 573         struct rcu_data *rdp = &per_cpu(rcu_data, cpu);
 574         struct rcu_data *bh_rdp = &per_cpu(rcu_bh_data, cpu);
 575
 576         rcu_init_percpu_data(cpu, &rcu_ctrlblk, rdp);
 577         rcu_init_percpu_data(cpu, &rcu_bh_ctrlblk, bh_rdp);
 578         open_softirq(RCU_SOFTIRQ, rcu_process_callbacks);
 579 }
 580
 581 static int __cpuinit rcu_cpu_notify(struct notifier_block *self,
 582                                 unsigned long action, void *hcpu)
 583 {
 584         long cpu = (long)hcpu;
 585
 586         switch (action) {
 587         case CPU_UP_PREPARE:
 588         case CPU_UP_PREPARE_FROZEN:
 589                 rcu_online_cpu(cpu);
 590                 break;
 591         case CPU_DEAD:
 592         case CPU_DEAD_FROZEN:
 593                 rcu_offline_cpu(cpu);
 594                 break;
 595         default:
 596                 break;
 597         }
 598         return NOTIFY_OK;
 599 }
 600
 601 static struct notifier_block __cpuinitdata rcu_nb = {
 602         .notifier_call  = rcu_cpu_notify,
 603 };
 604
 605 /*
 606  * Initializes rcu mechanism.  Assumed to be called early.
 607  * That is before local timer(SMP) or jiffie timer (uniproc) is setup.
 608  * Note that rcu_qsctr and friends are implicitly
 609  * initialized due to the choice of ``0'' for RCU_CTR_INVALID.
 610  */
 611 void __init __rcu_init(void)
 612 {
 613         rcu_cpu_notify(&rcu_nb, CPU_UP_PREPARE,
 614                         (void *)(long)smp_processor_id());
 615         /* Register notifier for non-boot CPUs */
 616         register_cpu_notifier(&rcu_nb);
 617 }
 618
 619 module_param(blimit, int, 0);
 620 module_param(qhimark, int, 0);
 621 module_param(qlowmark, int, 0);