70ebd855d9e83bb7c6a08d9f89ade4dbef1fdd33
[cascardo/linux.git] / kernel / mutex.c
1 /*
2  * kernel/mutex.c
3  *
4  * Mutexes: blocking mutual exclusion locks
5  *
6  * Started by Ingo Molnar:
7  *
8  *  Copyright (C) 2004, 2005, 2006 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
9  *
10  * Many thanks to Arjan van de Ven, Thomas Gleixner, Steven Rostedt and
11  * David Howells for suggestions and improvements.
12  *
13  *  - Adaptive spinning for mutexes by Peter Zijlstra. (Ported to mainline
14  *    from the -rt tree, where it was originally implemented for rtmutexes
15  *    by Steven Rostedt, based on work by Gregory Haskins, Peter Morreale
16  *    and Sven Dietrich.
17  *
18  * Also see Documentation/mutex-design.txt.
19  */
20 #include <linux/mutex.h>
21 #include <linux/sched.h>
22 #include <linux/sched/rt.h>
23 #include <linux/export.h>
24 #include <linux/spinlock.h>
25 #include <linux/interrupt.h>
26 #include <linux/debug_locks.h>
27
28 /*
29  * In the DEBUG case we are using the "NULL fastpath" for mutexes,
30  * which forces all calls into the slowpath:
31  */
32 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
33 # include "mutex-debug.h"
34 # include <asm-generic/mutex-null.h>
35 #else
36 # include "mutex.h"
37 # include <asm/mutex.h>
38 #endif
39
40 /*
41  * A mutex count of -1 indicates that waiters are sleeping waiting for the
42  * mutex. Some architectures can allow any negative number, not just -1, for
43  * this purpose.
44  */
45 #ifdef __ARCH_ALLOW_ANY_NEGATIVE_MUTEX_COUNT
46 #define MUTEX_SHOW_NO_WAITER(mutex)     (atomic_read(&(mutex)->count) >= 0)
47 #else
48 #define MUTEX_SHOW_NO_WAITER(mutex)     (atomic_read(&(mutex)->count) != -1)
49 #endif
50
51 void
52 __mutex_init(struct mutex *lock, const char *name, struct lock_class_key *key)
53 {
54         atomic_set(&lock->count, 1);
55         spin_lock_init(&lock->wait_lock);
56         INIT_LIST_HEAD(&lock->wait_list);
57         mutex_clear_owner(lock);
58
59         debug_mutex_init(lock, name, key);
60 }
61
62 EXPORT_SYMBOL(__mutex_init);
63
64 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
65 /*
66  * We split the mutex lock/unlock logic into separate fastpath and
67  * slowpath functions, to reduce the register pressure on the fastpath.
68  * We also put the fastpath first in the kernel image, to make sure the
69  * branch is predicted by the CPU as default-untaken.
70  */
71 static __used noinline void __sched
72 __mutex_lock_slowpath(atomic_t *lock_count);
73
74 /**
75  * mutex_lock - acquire the mutex
76  * @lock: the mutex to be acquired
77  *
78  * Lock the mutex exclusively for this task. If the mutex is not
79  * available right now, it will sleep until it can get it.
80  *
81  * The mutex must later on be released by the same task that
82  * acquired it. Recursive locking is not allowed. The task
83  * may not exit without first unlocking the mutex. Also, kernel
84  * memory where the mutex resides mutex must not be freed with
85  * the mutex still locked. The mutex must first be initialized
86  * (or statically defined) before it can be locked. memset()-ing
87  * the mutex to 0 is not allowed.
88  *
89  * ( The CONFIG_DEBUG_MUTEXES .config option turns on debugging
90  *   checks that will enforce the restrictions and will also do
91  *   deadlock debugging. )
92  *
93  * This function is similar to (but not equivalent to) down().
94  */
95 void __sched mutex_lock(struct mutex *lock)
96 {
97         might_sleep();
98         /*
99          * The locking fastpath is the 1->0 transition from
100          * 'unlocked' into 'locked' state.
101          */
102         __mutex_fastpath_lock(&lock->count, __mutex_lock_slowpath);
103         mutex_set_owner(lock);
104 }
105
106 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock);
107 #endif
108
109 #ifdef CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER
110 /*
111  * Mutex spinning code migrated from kernel/sched/core.c
112  */
113
114 static inline bool owner_running(struct mutex *lock, struct task_struct *owner)
115 {
116         if (lock->owner != owner)
117                 return false;
118
119         /*
120          * Ensure we emit the owner->on_cpu, dereference _after_ checking
121          * lock->owner still matches owner, if that fails, owner might
122          * point to free()d memory, if it still matches, the rcu_read_lock()
123          * ensures the memory stays valid.
124          */
125         barrier();
126
127         return owner->on_cpu;
128 }
129
130 /*
131  * Look out! "owner" is an entirely speculative pointer
132  * access and not reliable.
133  */
134 static noinline
135 int mutex_spin_on_owner(struct mutex *lock, struct task_struct *owner)
136 {
137         rcu_read_lock();
138         while (owner_running(lock, owner)) {
139                 if (need_resched())
140                         break;
141
142                 arch_mutex_cpu_relax();
143         }
144         rcu_read_unlock();
145
146         /*
147          * We break out the loop above on need_resched() and when the
148          * owner changed, which is a sign for heavy contention. Return
149          * success only when lock->owner is NULL.
150          */
151         return lock->owner == NULL;
152 }
153 #endif
154
155 static __used noinline void __sched __mutex_unlock_slowpath(atomic_t *lock_count);
156
157 /**
158  * mutex_unlock - release the mutex
159  * @lock: the mutex to be released
160  *
161  * Unlock a mutex that has been locked by this task previously.
162  *
163  * This function must not be used in interrupt context. Unlocking
164  * of a not locked mutex is not allowed.
165  *
166  * This function is similar to (but not equivalent to) up().
167  */
168 void __sched mutex_unlock(struct mutex *lock)
169 {
170         /*
171          * The unlocking fastpath is the 0->1 transition from 'locked'
172          * into 'unlocked' state:
173          */
174 #ifndef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
175         /*
176          * When debugging is enabled we must not clear the owner before time,
177          * the slow path will always be taken, and that clears the owner field
178          * after verifying that it was indeed current.
179          */
180         mutex_clear_owner(lock);
181 #endif
182         __mutex_fastpath_unlock(&lock->count, __mutex_unlock_slowpath);
183 }
184
185 EXPORT_SYMBOL(mutex_unlock);
186
187 /*
188  * Lock a mutex (possibly interruptible), slowpath:
189  */
190 static inline int __sched
191 __mutex_lock_common(struct mutex *lock, long state, unsigned int subclass,
192                     struct lockdep_map *nest_lock, unsigned long ip)
193 {
194         struct task_struct *task = current;
195         struct mutex_waiter waiter;
196         unsigned long flags;
197
198         preempt_disable();
199         mutex_acquire_nest(&lock->dep_map, subclass, 0, nest_lock, ip);
200
201 #ifdef CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER
202         /*
203          * Optimistic spinning.
204          *
205          * We try to spin for acquisition when we find that there are no
206          * pending waiters and the lock owner is currently running on a
207          * (different) CPU.
208          *
209          * The rationale is that if the lock owner is running, it is likely to
210          * release the lock soon.
211          *
212          * Since this needs the lock owner, and this mutex implementation
213          * doesn't track the owner atomically in the lock field, we need to
214          * track it non-atomically.
215          *
216          * We can't do this for DEBUG_MUTEXES because that relies on wait_lock
217          * to serialize everything.
218          */
219
220         for (;;) {
221                 struct task_struct *owner;
222
223                 /*
224                  * If there's an owner, wait for it to either
225                  * release the lock or go to sleep.
226                  */
227                 owner = ACCESS_ONCE(lock->owner);
228                 if (owner && !mutex_spin_on_owner(lock, owner))
229                         break;
230
231                 if ((atomic_read(&lock->count) == 1) &&
232                     (atomic_cmpxchg(&lock->count, 1, 0) == 1)) {
233                         lock_acquired(&lock->dep_map, ip);
234                         mutex_set_owner(lock);
235                         preempt_enable();
236                         return 0;
237                 }
238
239                 /*
240                  * When there's no owner, we might have preempted between the
241                  * owner acquiring the lock and setting the owner field. If
242                  * we're an RT task that will live-lock because we won't let
243                  * the owner complete.
244                  */
245                 if (!owner && (need_resched() || rt_task(task)))
246                         break;
247
248                 /*
249                  * The cpu_relax() call is a compiler barrier which forces
250                  * everything in this loop to be re-loaded. We don't need
251                  * memory barriers as we'll eventually observe the right
252                  * values at the cost of a few extra spins.
253                  */
254                 arch_mutex_cpu_relax();
255         }
256 #endif
257         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
258
259         debug_mutex_lock_common(lock, &waiter);
260         debug_mutex_add_waiter(lock, &waiter, task_thread_info(task));
261
262         /* add waiting tasks to the end of the waitqueue (FIFO): */
263         list_add_tail(&waiter.list, &lock->wait_list);
264         waiter.task = task;
265
266         if (MUTEX_SHOW_NO_WAITER(lock) && (atomic_xchg(&lock->count, -1) == 1))
267                 goto done;
268
269         lock_contended(&lock->dep_map, ip);
270
271         for (;;) {
272                 /*
273                  * Lets try to take the lock again - this is needed even if
274                  * we get here for the first time (shortly after failing to
275                  * acquire the lock), to make sure that we get a wakeup once
276                  * it's unlocked. Later on, if we sleep, this is the
277                  * operation that gives us the lock. We xchg it to -1, so
278                  * that when we release the lock, we properly wake up the
279                  * other waiters:
280                  */
281                 if (MUTEX_SHOW_NO_WAITER(lock) &&
282                    (atomic_xchg(&lock->count, -1) == 1))
283                         break;
284
285                 /*
286                  * got a signal? (This code gets eliminated in the
287                  * TASK_UNINTERRUPTIBLE case.)
288                  */
289                 if (unlikely(signal_pending_state(state, task))) {
290                         mutex_remove_waiter(lock, &waiter,
291                                             task_thread_info(task));
292                         mutex_release(&lock->dep_map, 1, ip);
293                         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
294
295                         debug_mutex_free_waiter(&waiter);
296                         preempt_enable();
297                         return -EINTR;
298                 }
299                 __set_task_state(task, state);
300
301                 /* didn't get the lock, go to sleep: */
302                 spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
303                 schedule_preempt_disabled();
304                 spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
305         }
306
307 done:
308         lock_acquired(&lock->dep_map, ip);
309         /* got the lock - rejoice! */
310         mutex_remove_waiter(lock, &waiter, current_thread_info());
311         mutex_set_owner(lock);
312
313         /* set it to 0 if there are no waiters left: */
314         if (likely(list_empty(&lock->wait_list)))
315                 atomic_set(&lock->count, 0);
316
317         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
318
319         debug_mutex_free_waiter(&waiter);
320         preempt_enable();
321
322         return 0;
323 }
324
325 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
326 void __sched
327 mutex_lock_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
328 {
329         might_sleep();
330         __mutex_lock_common(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, subclass, NULL, _RET_IP_);
331 }
332
333 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_nested);
334
335 void __sched
336 _mutex_lock_nest_lock(struct mutex *lock, struct lockdep_map *nest)
337 {
338         might_sleep();
339         __mutex_lock_common(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, nest, _RET_IP_);
340 }
341
342 EXPORT_SYMBOL_GPL(_mutex_lock_nest_lock);
343
344 int __sched
345 mutex_lock_killable_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
346 {
347         might_sleep();
348         return __mutex_lock_common(lock, TASK_KILLABLE, subclass, NULL, _RET_IP_);
349 }
350 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_killable_nested);
351
352 int __sched
353 mutex_lock_interruptible_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
354 {
355         might_sleep();
356         return __mutex_lock_common(lock, TASK_INTERRUPTIBLE,
357                                    subclass, NULL, _RET_IP_);
358 }
359
360 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_interruptible_nested);
361 #endif
362
363 /*
364  * Release the lock, slowpath:
365  */
366 static inline void
367 __mutex_unlock_common_slowpath(atomic_t *lock_count, int nested)
368 {
369         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
370         unsigned long flags;
371
372         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
373         mutex_release(&lock->dep_map, nested, _RET_IP_);
374         debug_mutex_unlock(lock);
375
376         /*
377          * some architectures leave the lock unlocked in the fastpath failure
378          * case, others need to leave it locked. In the later case we have to
379          * unlock it here
380          */
381         if (__mutex_slowpath_needs_to_unlock())
382                 atomic_set(&lock->count, 1);
383
384         if (!list_empty(&lock->wait_list)) {
385                 /* get the first entry from the wait-list: */
386                 struct mutex_waiter *waiter =
387                                 list_entry(lock->wait_list.next,
388                                            struct mutex_waiter, list);
389
390                 debug_mutex_wake_waiter(lock, waiter);
391
392                 wake_up_process(waiter->task);
393         }
394
395         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
396 }
397
398 /*
399  * Release the lock, slowpath:
400  */
401 static __used noinline void
402 __mutex_unlock_slowpath(atomic_t *lock_count)
403 {
404         __mutex_unlock_common_slowpath(lock_count, 1);
405 }
406
407 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
408 /*
409  * Here come the less common (and hence less performance-critical) APIs:
410  * mutex_lock_interruptible() and mutex_trylock().
411  */
412 static noinline int __sched
413 __mutex_lock_killable_slowpath(atomic_t *lock_count);
414
415 static noinline int __sched
416 __mutex_lock_interruptible_slowpath(atomic_t *lock_count);
417
418 /**
419  * mutex_lock_interruptible - acquire the mutex, interruptible
420  * @lock: the mutex to be acquired
421  *
422  * Lock the mutex like mutex_lock(), and return 0 if the mutex has
423  * been acquired or sleep until the mutex becomes available. If a
424  * signal arrives while waiting for the lock then this function
425  * returns -EINTR.
426  *
427  * This function is similar to (but not equivalent to) down_interruptible().
428  */
429 int __sched mutex_lock_interruptible(struct mutex *lock)
430 {
431         int ret;
432
433         might_sleep();
434         ret =  __mutex_fastpath_lock_retval
435                         (&lock->count, __mutex_lock_interruptible_slowpath);
436         if (!ret)
437                 mutex_set_owner(lock);
438
439         return ret;
440 }
441
442 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock_interruptible);
443
444 int __sched mutex_lock_killable(struct mutex *lock)
445 {
446         int ret;
447
448         might_sleep();
449         ret = __mutex_fastpath_lock_retval
450                         (&lock->count, __mutex_lock_killable_slowpath);
451         if (!ret)
452                 mutex_set_owner(lock);
453
454         return ret;
455 }
456 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock_killable);
457
458 static __used noinline void __sched
459 __mutex_lock_slowpath(atomic_t *lock_count)
460 {
461         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
462
463         __mutex_lock_common(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, NULL, _RET_IP_);
464 }
465
466 static noinline int __sched
467 __mutex_lock_killable_slowpath(atomic_t *lock_count)
468 {
469         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
470
471         return __mutex_lock_common(lock, TASK_KILLABLE, 0, NULL, _RET_IP_);
472 }
473
474 static noinline int __sched
475 __mutex_lock_interruptible_slowpath(atomic_t *lock_count)
476 {
477         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
478
479         return __mutex_lock_common(lock, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL, _RET_IP_);
480 }
481 #endif
482
483 /*
484  * Spinlock based trylock, we take the spinlock and check whether we
485  * can get the lock:
486  */
487 static inline int __mutex_trylock_slowpath(atomic_t *lock_count)
488 {
489         struct mutex *lock = container_of(lock_count, struct mutex, count);
490         unsigned long flags;
491         int prev;
492
493         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
494
495         prev = atomic_xchg(&lock->count, -1);
496         if (likely(prev == 1)) {
497                 mutex_set_owner(lock);
498                 mutex_acquire(&lock->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
499         }
500
501         /* Set it back to 0 if there are no waiters: */
502         if (likely(list_empty(&lock->wait_list)))
503                 atomic_set(&lock->count, 0);
504
505         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
506
507         return prev == 1;
508 }
509
510 /**
511  * mutex_trylock - try to acquire the mutex, without waiting
512  * @lock: the mutex to be acquired
513  *
514  * Try to acquire the mutex atomically. Returns 1 if the mutex
515  * has been acquired successfully, and 0 on contention.
516  *
517  * NOTE: this function follows the spin_trylock() convention, so
518  * it is negated from the down_trylock() return values! Be careful
519  * about this when converting semaphore users to mutexes.
520  *
521  * This function must not be used in interrupt context. The
522  * mutex must be released by the same task that acquired it.
523  */
524 int __sched mutex_trylock(struct mutex *lock)
525 {
526         int ret;
527
528         ret = __mutex_fastpath_trylock(&lock->count, __mutex_trylock_slowpath);
529         if (ret)
530                 mutex_set_owner(lock);
531
532         return ret;
533 }
534 EXPORT_SYMBOL(mutex_trylock);
535
536 /**
537  * atomic_dec_and_mutex_lock - return holding mutex if we dec to 0
538  * @cnt: the atomic which we are to dec
539  * @lock: the mutex to return holding if we dec to 0
540  *
541  * return true and hold lock if we dec to 0, return false otherwise
542  */
543 int atomic_dec_and_mutex_lock(atomic_t *cnt, struct mutex *lock)
544 {
545         /* dec if we can't possibly hit 0 */
546         if (atomic_add_unless(cnt, -1, 1))
547                 return 0;
548         /* we might hit 0, so take the lock */
549         mutex_lock(lock);
550         if (!atomic_dec_and_test(cnt)) {
551                 /* when we actually did the dec, we didn't hit 0 */
552                 mutex_unlock(lock);
553                 return 0;
554         }
555         /* we hit 0, and we hold the lock */
556         return 1;
557 }
558 EXPORT_SYMBOL(atomic_dec_and_mutex_lock);