kernel/locking/percpu-rwsem.c

   1 #include <linux/atomic.h>
   2 #include <linux/rwsem.h>
   3 #include <linux/percpu.h>
   4 #include <linux/wait.h>
   5 #include <linux/lockdep.h>
   6 #include <linux/percpu-rwsem.h>
   7 #include <linux/rcupdate.h>
   8 #include <linux/sched.h>
   9 #include <linux/errno.h>
  10
  11 int __percpu_init_rwsem(struct percpu_rw_semaphore *brw,
  12                         const char *name, struct lock_class_key *rwsem_key)
  13 {
  14         brw->fast_read_ctr = alloc_percpu(int);
  15         if (unlikely(!brw->fast_read_ctr))
  16                 return -ENOMEM;
  17
  18         /* ->rw_sem represents the whole percpu_rw_semaphore for lockdep */
  19         __init_rwsem(&brw->rw_sem, name, rwsem_key);
  20         atomic_set(&brw->write_ctr, 0);
  21         atomic_set(&brw->slow_read_ctr, 0);
  22         init_waitqueue_head(&brw->write_waitq);
  23         return 0;
  24 }
  25 EXPORT_SYMBOL_GPL(__percpu_init_rwsem);
  26
  27 void percpu_free_rwsem(struct percpu_rw_semaphore *brw)
  28 {
  29         /*
  30          * XXX: temporary kludge. The error path in alloc_super()
  31          * assumes that percpu_free_rwsem() is safe after kzalloc().
  32          */
  33         if (!brw->fast_read_ctr)
  34                 return;
  35
  36         free_percpu(brw->fast_read_ctr);
  37         brw->fast_read_ctr = NULL; /* catch use after free bugs */
  38 }
  39
  40 /*
  41  * This is the fast-path for down_read/up_read, it only needs to ensure
  42  * there is no pending writer (atomic_read(write_ctr) == 0) and inc/dec the
  43  * fast per-cpu counter. The writer uses synchronize_sched_expedited() to
  44  * serialize with the preempt-disabled section below.
  45  *
  46  * The nontrivial part is that we should guarantee acquire/release semantics
  47  * in case when
  48  *
  49  *      R_W: down_write() comes after up_read(), the writer should see all
  50  *           changes done by the reader
  51  * or
  52  *      W_R: down_read() comes after up_write(), the reader should see all
  53  *           changes done by the writer
  54  *
  55  * If this helper fails the callers rely on the normal rw_semaphore and
  56  * atomic_dec_and_test(), so in this case we have the necessary barriers.
  57  *
  58  * But if it succeeds we do not have any barriers, atomic_read(write_ctr) or
  59  * __this_cpu_add() below can be reordered with any LOAD/STORE done by the
  60  * reader inside the critical section. See the comments in down_write and
  61  * up_write below.
  62  */
  63 static bool update_fast_ctr(struct percpu_rw_semaphore *brw, unsigned int val)
  64 {
  65         bool success = false;
  66
  67         preempt_disable();
  68         if (likely(!atomic_read(&brw->write_ctr))) {
  69                 __this_cpu_add(*brw->fast_read_ctr, val);
  70                 success = true;
  71         }
  72         preempt_enable();
  73
  74         return success;
  75 }
  76
  77 /*
  78  * Like the normal down_read() this is not recursive, the writer can
  79  * come after the first percpu_down_read() and create the deadlock.
  80  *
  81  * Note: returns with lock_is_held(brw->rw_sem) == T for lockdep,
  82  * percpu_up_read() does rwsem_release(). This pairs with the usage
  83  * of ->rw_sem in percpu_down/up_write().
  84  */
  85 void percpu_down_read(struct percpu_rw_semaphore *brw)
  86 {
  87         might_sleep();
  88         if (likely(update_fast_ctr(brw, +1))) {
  89                 rwsem_acquire_read(&brw->rw_sem.dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
  90                 return;
  91         }
  92
  93         down_read(&brw->rw_sem);
  94         atomic_inc(&brw->slow_read_ctr);
  95         /* avoid up_read()->rwsem_release() */
  96         __up_read(&brw->rw_sem);
  97 }
  98 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_down_read);
  99
 100 int percpu_down_read_trylock(struct percpu_rw_semaphore *brw)
 101 {
 102         if (unlikely(!update_fast_ctr(brw, +1))) {
 103                 if (!__down_read_trylock(&brw->rw_sem))
 104                         return 0;
 105                 atomic_inc(&brw->slow_read_ctr);
 106                 __up_read(&brw->rw_sem);
 107         }
 108
 109         rwsem_acquire_read(&brw->rw_sem.dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
 110         return 1;
 111 }
 112
 113 void percpu_up_read(struct percpu_rw_semaphore *brw)
 114 {
 115         rwsem_release(&brw->rw_sem.dep_map, 1, _RET_IP_);
 116
 117         if (likely(update_fast_ctr(brw, -1)))
 118                 return;
 119
 120         /* false-positive is possible but harmless */
 121         if (atomic_dec_and_test(&brw->slow_read_ctr))
 122                 wake_up_all(&brw->write_waitq);
 123 }
 124 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_up_read);
 125
 126 static int clear_fast_ctr(struct percpu_rw_semaphore *brw)
 127 {
 128         unsigned int sum = 0;
 129         int cpu;
 130
 131         for_each_possible_cpu(cpu) {
 132                 sum += per_cpu(*brw->fast_read_ctr, cpu);
 133                 per_cpu(*brw->fast_read_ctr, cpu) = 0;
 134         }
 135
 136         return sum;
 137 }
 138
 139 /*
 140  * A writer increments ->write_ctr to force the readers to switch to the
 141  * slow mode, note the atomic_read() check in update_fast_ctr().
 142  *
 143  * After that the readers can only inc/dec the slow ->slow_read_ctr counter,
 144  * ->fast_read_ctr is stable. Once the writer moves its sum into the slow
 145  * counter it represents the number of active readers.
 146  *
 147  * Finally the writer takes ->rw_sem for writing and blocks the new readers,
 148  * then waits until the slow counter becomes zero.
 149  */
 150 void percpu_down_write(struct percpu_rw_semaphore *brw)
 151 {
 152         /* tell update_fast_ctr() there is a pending writer */
 153         atomic_inc(&brw->write_ctr);
 154         /*
 155          * 1. Ensures that write_ctr != 0 is visible to any down_read/up_read
 156          *    so that update_fast_ctr() can't succeed.
 157          *
 158          * 2. Ensures we see the result of every previous this_cpu_add() in
 159          *    update_fast_ctr().
 160          *
 161          * 3. Ensures that if any reader has exited its critical section via
 162          *    fast-path, it executes a full memory barrier before we return.
 163          *    See R_W case in the comment above update_fast_ctr().
 164          */
 165         synchronize_sched_expedited();
 166
 167         /* exclude other writers, and block the new readers completely */
 168         down_write(&brw->rw_sem);
 169
 170         /* nobody can use fast_read_ctr, move its sum into slow_read_ctr */
 171         atomic_add(clear_fast_ctr(brw), &brw->slow_read_ctr);
 172
 173         /* wait for all readers to complete their percpu_up_read() */
 174         wait_event(brw->write_waitq, !atomic_read(&brw->slow_read_ctr));
 175 }
 176 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_down_write);
 177
 178 void percpu_up_write(struct percpu_rw_semaphore *brw)
 179 {
 180         /* release the lock, but the readers can't use the fast-path */
 181         up_write(&brw->rw_sem);
 182         /*
 183          * Insert the barrier before the next fast-path in down_read,
 184          * see W_R case in the comment above update_fast_ctr().
 185          */
 186         synchronize_sched_expedited();
 187         /* the last writer unblocks update_fast_ctr() */
 188         atomic_dec(&brw->write_ctr);
 189 }
 190 EXPORT_SYMBOL_GPL(percpu_up_write);