]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/commitdiff
rcu: Implement a variant of Peter's SRCU algorithm
authorLai Jiangshan <laijs@cn.fujitsu.com>
Mon, 27 Feb 2012 17:29:09 +0000 (09:29 -0800)
committerPaul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
Wed, 25 Apr 2012 03:55:41 +0000 (20:55 -0700)
This commit implements a variant of Peter's algorithm, which may be found
at https://lkml.org/lkml/2012/2/1/119.

o Make the checking lock-free to enable parallel checking.
Parallel checking is required when (1) the original checking
task is preempted for a long time, (2) sychronize_srcu_expedited()
starts during an ongoing SRCU grace period, or (3) we wish to
avoid acquiring a lock.

o Since the checking is lock-free, we avoid a mutex in state machine
for call_srcu().

o Remove the SRCU_REF_MASK and remove the coupling with the flipping.
This might allow us to remove the preempt_disable() in future
versions, though such removal will need great care because it
rescinds the one-old-reader-per-CPU guarantee.

o Remove a smp_mb(), simplify the comments and make the smp_mb() pairs
more intuitive.

Inspired-by: Peter Zijlstra <peterz@infradead.org>
Signed-off-by: Lai Jiangshan <laijs@cn.fujitsu.com>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
include/linux/srcu.h
kernel/srcu.c

index 5b49d41868c83fc926c62b694f979cb3f8e480e4..15354db3e8654759c99209bcfb1849d5da504d13 100644 (file)
 
 struct srcu_struct_array {
        unsigned long c[2];
+       unsigned long seq[2];
 };
 
-/* Bit definitions for field ->c above and ->snap below. */
-#define SRCU_USAGE_BITS                1
-#define SRCU_REF_MASK          (ULONG_MAX >> SRCU_USAGE_BITS)
-#define SRCU_USAGE_COUNT       (SRCU_REF_MASK + 1)
-
 struct srcu_struct {
        unsigned completed;
        struct srcu_struct_array __percpu *per_cpu_ref;
        struct mutex mutex;
-       unsigned long snap[NR_CPUS];
 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
        struct lockdep_map dep_map;
 #endif /* #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC */
index 1fecb4d858ed309cf78a4aeb8758bf85b7914b29..e0139a274856e4adb16d41b4817d7ab68a16f8c4 100644 (file)
@@ -72,11 +72,26 @@ EXPORT_SYMBOL_GPL(init_srcu_struct);
 
 #endif /* #else #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC */
 
+/*
+ * Returns approximate total of the readers' ->seq[] values for the
+ * rank of per-CPU counters specified by idx.
+ */
+static unsigned long srcu_readers_seq_idx(struct srcu_struct *sp, int idx)
+{
+       int cpu;
+       unsigned long sum = 0;
+       unsigned long t;
+
+       for_each_possible_cpu(cpu) {
+               t = ACCESS_ONCE(per_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref, cpu)->seq[idx]);
+               sum += t;
+       }
+       return sum;
+}
+
 /*
  * Returns approximate number of readers active on the specified rank
- * of per-CPU counters.  Also snapshots each counter's value in the
- * corresponding element of sp->snap[] for later use validating
- * the sum.
+ * of the per-CPU ->c[] counters.
  */
 static unsigned long srcu_readers_active_idx(struct srcu_struct *sp, int idx)
 {
@@ -87,26 +102,45 @@ static unsigned long srcu_readers_active_idx(struct srcu_struct *sp, int idx)
        for_each_possible_cpu(cpu) {
                t = ACCESS_ONCE(per_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref, cpu)->c[idx]);
                sum += t;
-               sp->snap[cpu] = t;
        }
-       return sum & SRCU_REF_MASK;
+       return sum;
 }
 
 /*
- * To be called from the update side after an index flip.  Returns true
- * if the modulo sum of the counters is stably zero, false if there is
- * some possibility of non-zero.
+ * Return true if the number of pre-existing readers is determined to
+ * be stably zero.  An example unstable zero can occur if the call
+ * to srcu_readers_active_idx() misses an __srcu_read_lock() increment,
+ * but due to task migration, sees the corresponding __srcu_read_unlock()
+ * decrement.  This can happen because srcu_readers_active_idx() takes
+ * time to sum the array, and might in fact be interrupted or preempted
+ * partway through the summation.
  */
 static bool srcu_readers_active_idx_check(struct srcu_struct *sp, int idx)
 {
-       int cpu;
+       unsigned long seq;
+
+       seq = srcu_readers_seq_idx(sp, idx);
+
+       /*
+        * The following smp_mb() A pairs with the smp_mb() B located in
+        * __srcu_read_lock().  This pairing ensures that if an
+        * __srcu_read_lock() increments its counter after the summation
+        * in srcu_readers_active_idx(), then the corresponding SRCU read-side
+        * critical section will see any changes made prior to the start
+        * of the current SRCU grace period.
+        *
+        * Also, if the above call to srcu_readers_seq_idx() saw the
+        * increment of ->seq[], then the call to srcu_readers_active_idx()
+        * must see the increment of ->c[].
+        */
+       smp_mb(); /* A */
 
        /*
         * Note that srcu_readers_active_idx() can incorrectly return
         * zero even though there is a pre-existing reader throughout.
         * To see this, suppose that task A is in a very long SRCU
         * read-side critical section that started on CPU 0, and that
-        * no other reader exists, so that the modulo sum of the counters
+        * no other reader exists, so that the sum of the counters
         * is equal to one.  Then suppose that task B starts executing
         * srcu_readers_active_idx(), summing up to CPU 1, and then that
         * task C starts reading on CPU 0, so that its increment is not
@@ -122,53 +156,31 @@ static bool srcu_readers_active_idx_check(struct srcu_struct *sp, int idx)
                return false;
 
        /*
-        * Since the caller recently flipped ->completed, we can see at
-        * most one increment of each CPU's counter from this point
-        * forward.  The reason for this is that the reader CPU must have
-        * fetched the index before srcu_readers_active_idx checked
-        * that CPU's counter, but not yet incremented its counter.
-        * Its eventual counter increment will follow the read in
-        * srcu_readers_active_idx(), and that increment is immediately
-        * followed by smp_mb() B.  Because smp_mb() D is between
-        * the ->completed flip and srcu_readers_active_idx()'s read,
-        * that CPU's subsequent load of ->completed must see the new
-        * value, and therefore increment the counter in the other rank.
-        */
-       smp_mb(); /* A */
-
-       /*
-        * Now, we check the ->snap array that srcu_readers_active_idx()
-        * filled in from the per-CPU counter values. Since
-        * __srcu_read_lock() increments the upper bits of the per-CPU
-        * counter, an increment/decrement pair will change the value
-        * of the counter.  Since there is only one possible increment,
-        * the only way to wrap the counter is to have a huge number of
-        * counter decrements, which requires a huge number of tasks and
-        * huge SRCU read-side critical-section nesting levels, even on
-        * 32-bit systems.
+        * The remainder of this function is the validation step.
+        * The following smp_mb() D pairs with the smp_mb() C in
+        * __srcu_read_unlock().  If the __srcu_read_unlock() was seen
+        * by srcu_readers_active_idx() above, then any destructive
+        * operation performed after the grace period will happen after
+        * the corresponding SRCU read-side critical section.
         *
-        * All of the ways of confusing the readings require that the scan
-        * in srcu_readers_active_idx() see the read-side task's decrement,
-        * but not its increment.  However, between that decrement and
-        * increment are smb_mb() B and C.  Either or both of these pair
-        * with smp_mb() A above to ensure that the scan below will see
-        * the read-side tasks's increment, thus noting a difference in
-        * the counter values between the two passes.
-        *
-        * Therefore, if srcu_readers_active_idx() returned zero, and
-        * none of the counters changed, we know that the zero was the
-        * correct sum.
-        *
-        * Of course, it is possible that a task might be delayed
-        * for a very long time in __srcu_read_lock() after fetching
-        * the index but before incrementing its counter.  This
-        * possibility will be dealt with in __synchronize_srcu().
+        * Note that there can be at most NR_CPUS worth of readers using
+        * the old index, which is not enough to overflow even a 32-bit
+        * integer.  (Yes, this does mean that systems having more than
+        * a billion or so CPUs need to be 64-bit systems.)  Therefore,
+        * the sum of the ->seq[] counters cannot possibly overflow.
+        * Therefore, the only way that the return values of the two
+        * calls to srcu_readers_seq_idx() can be equal is if there were
+        * no increments of the corresponding rank of ->seq[] counts
+        * in the interim.  But the missed-increment scenario laid out
+        * above includes an increment of the ->seq[] counter by
+        * the corresponding __srcu_read_lock().  Therefore, if this
+        * scenario occurs, the return values from the two calls to
+        * srcu_readers_seq_idx() will differ, and thus the validation
+        * step below suffices.
         */
-       for_each_possible_cpu(cpu)
-               if (sp->snap[cpu] !=
-                   ACCESS_ONCE(per_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref, cpu)->c[idx]))
-                       return false;  /* False zero reading! */
-       return true;
+       smp_mb(); /* D */
+
+       return srcu_readers_seq_idx(sp, idx) == seq;
 }
 
 /**
@@ -216,9 +228,9 @@ int __srcu_read_lock(struct srcu_struct *sp)
        preempt_disable();
        idx = rcu_dereference_index_check(sp->completed,
                                          rcu_read_lock_sched_held()) & 0x1;
-       ACCESS_ONCE(this_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref)->c[idx]) +=
-               SRCU_USAGE_COUNT + 1;
+       ACCESS_ONCE(this_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref)->c[idx]) += 1;
        smp_mb(); /* B */  /* Avoid leaking the critical section. */
+       ACCESS_ONCE(this_cpu_ptr(sp->per_cpu_ref)->seq[idx]) += 1;
        preempt_enable();
        return idx;
 }
@@ -257,17 +269,6 @@ static void wait_idx(struct srcu_struct *sp, int idx, bool expedited)
 {
        int trycount = 0;
 
-       /*
-        * If a reader fetches the index before the ->completed increment,
-        * but increments its counter after srcu_readers_active_idx_check()
-        * sums it, then smp_mb() D will pair with __srcu_read_lock()'s
-        * smp_mb() B to ensure that the SRCU read-side critical section
-        * will see any updates that the current task performed before its
-        * call to synchronize_srcu(), or to synchronize_srcu_expedited(),
-        * as the case may be.
-        */
-       smp_mb(); /* D */
-
        /*
         * SRCU read-side critical sections are normally short, so wait
         * a small amount of time before possibly blocking.
@@ -281,18 +282,6 @@ static void wait_idx(struct srcu_struct *sp, int idx, bool expedited)
                                schedule_timeout_interruptible(1);
                }
        }
-
-       /*
-        * The following smp_mb() E pairs with srcu_read_unlock()'s
-        * smp_mb C to ensure that if srcu_readers_active_idx_check()
-        * sees srcu_read_unlock()'s counter decrement, then any
-        * of the current task's subsequent code will happen after
-        * that SRCU read-side critical section.
-        *
-        * It also ensures the order between the above waiting and
-        * the next flipping.
-        */
-       smp_mb(); /* E */
 }
 
 static void srcu_flip(struct srcu_struct *sp)