drm/i915: Be wary of data races when reading the active execlists
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / gpu / drm / i915 / i915_request.c
1 /*
2  * Copyright © 2008-2015 Intel Corporation
3  *
4  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
5  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
6  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
7  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
8  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
9  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
10  *
11  * The above copyright notice and this permission notice (including the next
12  * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
13  * Software.
14  *
15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
16  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
18  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
19  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
20  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS
21  * IN THE SOFTWARE.
22  *
23  */
24
25 #include <linux/dma-fence-array.h>
26 #include <linux/dma-fence-chain.h>
27 #include <linux/irq_work.h>
28 #include <linux/prefetch.h>
29 #include <linux/sched.h>
30 #include <linux/sched/clock.h>
31 #include <linux/sched/signal.h>
32
33 #include "gem/i915_gem_context.h"
34 #include "gt/intel_breadcrumbs.h"
35 #include "gt/intel_context.h"
36 #include "gt/intel_ring.h"
37 #include "gt/intel_rps.h"
38
39 #include "i915_active.h"
40 #include "i915_drv.h"
41 #include "i915_globals.h"
42 #include "i915_trace.h"
43 #include "intel_pm.h"
44
45 struct execute_cb {
46         struct irq_work work;
47         struct i915_sw_fence *fence;
48         void (*hook)(struct i915_request *rq, struct dma_fence *signal);
49         struct i915_request *signal;
50 };
51
52 static struct i915_global_request {
53         struct i915_global base;
54         struct kmem_cache *slab_requests;
55         struct kmem_cache *slab_execute_cbs;
56 } global;
57
58 static const char *i915_fence_get_driver_name(struct dma_fence *fence)
59 {
60         return dev_name(to_request(fence)->engine->i915->drm.dev);
61 }
62
63 static const char *i915_fence_get_timeline_name(struct dma_fence *fence)
64 {
65         const struct i915_gem_context *ctx;
66
67         /*
68          * The timeline struct (as part of the ppgtt underneath a context)
69          * may be freed when the request is no longer in use by the GPU.
70          * We could extend the life of a context to beyond that of all
71          * fences, possibly keeping the hw resource around indefinitely,
72          * or we just give them a false name. Since
73          * dma_fence_ops.get_timeline_name is a debug feature, the occasional
74          * lie seems justifiable.
75          */
76         if (test_bit(DMA_FENCE_FLAG_SIGNALED_BIT, &fence->flags))
77                 return "signaled";
78
79         ctx = i915_request_gem_context(to_request(fence));
80         if (!ctx)
81                 return "[" DRIVER_NAME "]";
82
83         return ctx->name;
84 }
85
86 static bool i915_fence_signaled(struct dma_fence *fence)
87 {
88         return i915_request_completed(to_request(fence));
89 }
90
91 static bool i915_fence_enable_signaling(struct dma_fence *fence)
92 {
93         return i915_request_enable_breadcrumb(to_request(fence));
94 }
95
96 static signed long i915_fence_wait(struct dma_fence *fence,
97                                    bool interruptible,
98                                    signed long timeout)
99 {
100         return i915_request_wait(to_request(fence),
101                                  interruptible | I915_WAIT_PRIORITY,
102                                  timeout);
103 }
104
105 struct kmem_cache *i915_request_slab_cache(void)
106 {
107         return global.slab_requests;
108 }
109
110 static void i915_fence_release(struct dma_fence *fence)
111 {
112         struct i915_request *rq = to_request(fence);
113
114         /*
115          * The request is put onto a RCU freelist (i.e. the address
116          * is immediately reused), mark the fences as being freed now.
117          * Otherwise the debugobjects for the fences are only marked as
118          * freed when the slab cache itself is freed, and so we would get
119          * caught trying to reuse dead objects.
120          */
121         i915_sw_fence_fini(&rq->submit);
122         i915_sw_fence_fini(&rq->semaphore);
123
124         /*
125          * Keep one request on each engine for reserved use under mempressure
126          *
127          * We do not hold a reference to the engine here and so have to be
128          * very careful in what rq->engine we poke. The virtual engine is
129          * referenced via the rq->context and we released that ref during
130          * i915_request_retire(), ergo we must not dereference a virtual
131          * engine here. Not that we would want to, as the only consumer of
132          * the reserved engine->request_pool is the power management parking,
133          * which must-not-fail, and that is only run on the physical engines.
134          *
135          * Since the request must have been executed to be have completed,
136          * we know that it will have been processed by the HW and will
137          * not be unsubmitted again, so rq->engine and rq->execution_mask
138          * at this point is stable. rq->execution_mask will be a single
139          * bit if the last and _only_ engine it could execution on was a
140          * physical engine, if it's multiple bits then it started on and
141          * could still be on a virtual engine. Thus if the mask is not a
142          * power-of-two we assume that rq->engine may still be a virtual
143          * engine and so a dangling invalid pointer that we cannot dereference
144          *
145          * For example, consider the flow of a bonded request through a virtual
146          * engine. The request is created with a wide engine mask (all engines
147          * that we might execute on). On processing the bond, the request mask
148          * is reduced to one or more engines. If the request is subsequently
149          * bound to a single engine, it will then be constrained to only
150          * execute on that engine and never returned to the virtual engine
151          * after timeslicing away, see __unwind_incomplete_requests(). Thus we
152          * know that if the rq->execution_mask is a single bit, rq->engine
153          * can be a physical engine with the exact corresponding mask.
154          */
155         if (is_power_of_2(rq->execution_mask) &&
156             !cmpxchg(&rq->engine->request_pool, NULL, rq))
157                 return;
158
159         kmem_cache_free(global.slab_requests, rq);
160 }
161
162 const struct dma_fence_ops i915_fence_ops = {
163         .get_driver_name = i915_fence_get_driver_name,
164         .get_timeline_name = i915_fence_get_timeline_name,
165         .enable_signaling = i915_fence_enable_signaling,
166         .signaled = i915_fence_signaled,
167         .wait = i915_fence_wait,
168         .release = i915_fence_release,
169 };
170
171 static void irq_execute_cb(struct irq_work *wrk)
172 {
173         struct execute_cb *cb = container_of(wrk, typeof(*cb), work);
174
175         i915_sw_fence_complete(cb->fence);
176         kmem_cache_free(global.slab_execute_cbs, cb);
177 }
178
179 static void irq_execute_cb_hook(struct irq_work *wrk)
180 {
181         struct execute_cb *cb = container_of(wrk, typeof(*cb), work);
182
183         cb->hook(container_of(cb->fence, struct i915_request, submit),
184                  &cb->signal->fence);
185         i915_request_put(cb->signal);
186
187         irq_execute_cb(wrk);
188 }
189
190 static void __notify_execute_cb(struct i915_request *rq)
191 {
192         struct execute_cb *cb, *cn;
193
194         lockdep_assert_held(&rq->lock);
195
196         GEM_BUG_ON(!i915_request_is_active(rq));
197         if (llist_empty(&rq->execute_cb))
198                 return;
199
200         llist_for_each_entry_safe(cb, cn, rq->execute_cb.first, work.llnode)
201                 irq_work_queue(&cb->work);
202
203         /*
204          * XXX Rollback on __i915_request_unsubmit()
205          *
206          * In the future, perhaps when we have an active time-slicing scheduler,
207          * it will be interesting to unsubmit parallel execution and remove
208          * busywaits from the GPU until their master is restarted. This is
209          * quite hairy, we have to carefully rollback the fence and do a
210          * preempt-to-idle cycle on the target engine, all the while the
211          * master execute_cb may refire.
212          */
213         init_llist_head(&rq->execute_cb);
214 }
215
216 static void free_capture_list(struct i915_request *request)
217 {
218         struct i915_capture_list *capture;
219
220         capture = fetch_and_zero(&request->capture_list);
221         while (capture) {
222                 struct i915_capture_list *next = capture->next;
223
224                 kfree(capture);
225                 capture = next;
226         }
227 }
228
229 static void __i915_request_fill(struct i915_request *rq, u8 val)
230 {
231         void *vaddr = rq->ring->vaddr;
232         u32 head;
233
234         head = rq->infix;
235         if (rq->postfix < head) {
236                 memset(vaddr + head, val, rq->ring->size - head);
237                 head = 0;
238         }
239         memset(vaddr + head, val, rq->postfix - head);
240 }
241
242 static void remove_from_engine(struct i915_request *rq)
243 {
244         struct intel_engine_cs *engine, *locked;
245
246         /*
247          * Virtual engines complicate acquiring the engine timeline lock,
248          * as their rq->engine pointer is not stable until under that
249          * engine lock. The simple ploy we use is to take the lock then
250          * check that the rq still belongs to the newly locked engine.
251          */
252         locked = READ_ONCE(rq->engine);
253         spin_lock_irq(&locked->active.lock);
254         while (unlikely(locked != (engine = READ_ONCE(rq->engine)))) {
255                 spin_unlock(&locked->active.lock);
256                 spin_lock(&engine->active.lock);
257                 locked = engine;
258         }
259         list_del_init(&rq->sched.link);
260         clear_bit(I915_FENCE_FLAG_PQUEUE, &rq->fence.flags);
261         clear_bit(I915_FENCE_FLAG_HOLD, &rq->fence.flags);
262         spin_unlock_irq(&locked->active.lock);
263 }
264
265 bool i915_request_retire(struct i915_request *rq)
266 {
267         if (!i915_request_completed(rq))
268                 return false;
269
270         RQ_TRACE(rq, "\n");
271
272         GEM_BUG_ON(!i915_sw_fence_signaled(&rq->submit));
273         trace_i915_request_retire(rq);
274
275         /*
276          * We know the GPU must have read the request to have
277          * sent us the seqno + interrupt, so use the position
278          * of tail of the request to update the last known position
279          * of the GPU head.
280          *
281          * Note this requires that we are always called in request
282          * completion order.
283          */
284         GEM_BUG_ON(!list_is_first(&rq->link,
285                                   &i915_request_timeline(rq)->requests));
286         if (IS_ENABLED(CONFIG_DRM_I915_DEBUG_GEM))
287                 /* Poison before we release our space in the ring */
288                 __i915_request_fill(rq, POISON_FREE);
289         rq->ring->head = rq->postfix;
290
291         /*
292          * We only loosely track inflight requests across preemption,
293          * and so we may find ourselves attempting to retire a _completed_
294          * request that we have removed from the HW and put back on a run
295          * queue.
296          */
297         remove_from_engine(rq);
298
299         i915_request_mark_complete(rq);
300         if (!i915_request_signaled(rq)) {
301                 spin_lock_irq(&rq->lock);
302                 dma_fence_signal_locked(&rq->fence);
303                 spin_unlock_irq(&rq->lock);
304         }
305
306         if (i915_request_has_waitboost(rq)) {
307                 GEM_BUG_ON(!atomic_read(&rq->engine->gt->rps.num_waiters));
308                 atomic_dec(&rq->engine->gt->rps.num_waiters);
309         }
310
311         /*
312          * We only loosely track inflight requests across preemption,
313          * and so we may find ourselves attempting to retire a _completed_
314          * request that we have removed from the HW and put back on a run
315          * queue.
316          *
317          * As we set I915_FENCE_FLAG_ACTIVE on the request, this should be
318          * after removing the breadcrumb and signaling it, so that we do not
319          * inadvertently attach the breadcrumb to a completed request.
320          */
321         remove_from_engine(rq);
322         GEM_BUG_ON(!llist_empty(&rq->execute_cb));
323         spin_unlock_irq(&rq->lock);
324
325         __list_del_entry(&rq->link); /* poison neither prev/next (RCU walks) */
326
327         intel_context_exit(rq->context);
328         intel_context_unpin(rq->context);
329
330         free_capture_list(rq);
331         i915_sched_node_fini(&rq->sched);
332         i915_request_put(rq);
333
334         return true;
335 }
336
337 void i915_request_retire_upto(struct i915_request *rq)
338 {
339         struct intel_timeline * const tl = i915_request_timeline(rq);
340         struct i915_request *tmp;
341
342         RQ_TRACE(rq, "\n");
343
344         GEM_BUG_ON(!i915_request_completed(rq));
345
346         do {
347                 tmp = list_first_entry(&tl->requests, typeof(*tmp), link);
348         } while (i915_request_retire(tmp) && tmp != rq);
349 }
350
351 static void __llist_add(struct llist_node *node, struct llist_head *head)
352 {
353         node->next = head->first;
354         head->first = node;
355 }
356
357 static struct i915_request * const *
358 __engine_active(struct intel_engine_cs *engine)
359 {
360         return READ_ONCE(engine->execlists.active);
361 }
362
363 static bool __request_in_flight(const struct i915_request *signal)
364 {
365         struct i915_request * const *port, *rq;
366         bool inflight = false;
367
368         if (!i915_request_is_ready(signal))
369                 return false;
370
371         /*
372          * Even if we have unwound the request, it may still be on
373          * the GPU (preempt-to-busy). If that request is inside an
374          * unpreemptible critical section, it will not be removed. Some
375          * GPU functions may even be stuck waiting for the paired request
376          * (__await_execution) to be submitted and cannot be preempted
377          * until the bond is executing.
378          *
379          * As we know that there are always preemption points between
380          * requests, we know that only the currently executing request
381          * may be still active even though we have cleared the flag.
382          * However, we can't rely on our tracking of ELSP[0] to know
383          * which request is currently active and so maybe stuck, as
384          * the tracking maybe an event behind. Instead assume that
385          * if the context is still inflight, then it is still active
386          * even if the active flag has been cleared.
387          *
388          * To further complicate matters, if there a pending promotion, the HW
389          * may either perform a context switch to the second inflight execlists,
390          * or it may switch to the pending set of execlists. In the case of the
391          * latter, it may send the ACK and we process the event copying the
392          * pending[] over top of inflight[], _overwriting_ our *active. Since
393          * this implies the HW is arbitrating and not struck in *active, we do
394          * not worry about complete accuracy, but we do require no read/write
395          * tearing of the pointer [the read of the pointer must be valid, even
396          * as the array is being overwritten, for which we require the writes
397          * to avoid tearing.]
398          *
399          * Note that the read of *execlists->active may race with the promotion
400          * of execlists->pending[] to execlists->inflight[], overwritting
401          * the value at *execlists->active. This is fine. The promotion implies
402          * that we received an ACK from the HW, and so the context is not
403          * stuck -- if we do not see ourselves in *active, the inflight status
404          * is valid. If instead we see ourselves being copied into *active,
405          * we are inflight and may signal the callback.
406          */
407         if (!intel_context_inflight(signal->context))
408                 return false;
409
410         rcu_read_lock();
411         for (port = __engine_active(signal->engine);
412              (rq = READ_ONCE(*port)); /* may race with promotion of pending[] */
413              port++) {
414                 if (rq->context == signal->context) {
415                         inflight = i915_seqno_passed(rq->fence.seqno,
416                                                      signal->fence.seqno);
417                         break;
418                 }
419         }
420         rcu_read_unlock();
421
422         return inflight;
423 }
424
425 static int
426 __await_execution(struct i915_request *rq,
427                   struct i915_request *signal,
428                   void (*hook)(struct i915_request *rq,
429                                struct dma_fence *signal),
430                   gfp_t gfp)
431 {
432         struct execute_cb *cb;
433
434         if (i915_request_is_active(signal)) {
435                 if (hook)
436                         hook(rq, &signal->fence);
437                 return 0;
438         }
439
440         cb = kmem_cache_alloc(global.slab_execute_cbs, gfp);
441         if (!cb)
442                 return -ENOMEM;
443
444         cb->fence = &rq->submit;
445         i915_sw_fence_await(cb->fence);
446         init_irq_work(&cb->work, irq_execute_cb);
447
448         if (hook) {
449                 cb->hook = hook;
450                 cb->signal = i915_request_get(signal);
451                 cb->work.func = irq_execute_cb_hook;
452         }
453
454         spin_lock_irq(&signal->lock);
455         if (i915_request_is_active(signal) || __request_in_flight(signal)) {
456                 if (hook) {
457                         hook(rq, &signal->fence);
458                         i915_request_put(signal);
459                 }
460                 i915_sw_fence_complete(cb->fence);
461                 kmem_cache_free(global.slab_execute_cbs, cb);
462         } else {
463                 __llist_add(&cb->work.llnode, &signal->execute_cb);
464         }
465         spin_unlock_irq(&signal->lock);
466
467         return 0;
468 }
469
470 static bool fatal_error(int error)
471 {
472         switch (error) {
473         case 0: /* not an error! */
474         case -EAGAIN: /* innocent victim of a GT reset (__i915_request_reset) */
475         case -ETIMEDOUT: /* waiting for Godot (timer_i915_sw_fence_wake) */
476                 return false;
477         default:
478                 return true;
479         }
480 }
481
482 void __i915_request_skip(struct i915_request *rq)
483 {
484         GEM_BUG_ON(!fatal_error(rq->fence.error));
485
486         if (rq->infix == rq->postfix)
487                 return;
488
489         /*
490          * As this request likely depends on state from the lost
491          * context, clear out all the user operations leaving the
492          * breadcrumb at the end (so we get the fence notifications).
493          */
494         __i915_request_fill(rq, 0);
495         rq->infix = rq->postfix;
496 }
497
498 void i915_request_set_error_once(struct i915_request *rq, int error)
499 {
500         int old;
501
502         GEM_BUG_ON(!IS_ERR_VALUE((long)error));
503
504         if (i915_request_signaled(rq))
505                 return;
506
507         old = READ_ONCE(rq->fence.error);
508         do {
509                 if (fatal_error(old))
510                         return;
511         } while (!try_cmpxchg(&rq->fence.error, &old, error));
512 }
513
514 bool __i915_request_submit(struct i915_request *request)
515 {
516         struct intel_engine_cs *engine = request->engine;
517         bool result = false;
518
519         RQ_TRACE(request, "\n");
520
521         GEM_BUG_ON(!irqs_disabled());
522         lockdep_assert_held(&engine->active.lock);
523
524         /*
525          * With the advent of preempt-to-busy, we frequently encounter
526          * requests that we have unsubmitted from HW, but left running
527          * until the next ack and so have completed in the meantime. On
528          * resubmission of that completed request, we can skip
529          * updating the payload, and execlists can even skip submitting
530          * the request.
531          *
532          * We must remove the request from the caller's priority queue,
533          * and the caller must only call us when the request is in their
534          * priority queue, under the active.lock. This ensures that the
535          * request has *not* yet been retired and we can safely move
536          * the request into the engine->active.list where it will be
537          * dropped upon retiring. (Otherwise if resubmit a *retired*
538          * request, this would be a horrible use-after-free.)
539          */
540         if (i915_request_completed(request))
541                 goto xfer;
542
543         if (unlikely(intel_context_is_banned(request->context)))
544                 i915_request_set_error_once(request, -EIO);
545         if (unlikely(fatal_error(request->fence.error)))
546                 __i915_request_skip(request);
547
548         /*
549          * Are we using semaphores when the gpu is already saturated?
550          *
551          * Using semaphores incurs a cost in having the GPU poll a
552          * memory location, busywaiting for it to change. The continual
553          * memory reads can have a noticeable impact on the rest of the
554          * system with the extra bus traffic, stalling the cpu as it too
555          * tries to access memory across the bus (perf stat -e bus-cycles).
556          *
557          * If we installed a semaphore on this request and we only submit
558          * the request after the signaler completed, that indicates the
559          * system is overloaded and using semaphores at this time only
560          * increases the amount of work we are doing. If so, we disable
561          * further use of semaphores until we are idle again, whence we
562          * optimistically try again.
563          */
564         if (request->sched.semaphores &&
565             i915_sw_fence_signaled(&request->semaphore))
566                 engine->saturated |= request->sched.semaphores;
567
568         engine->emit_fini_breadcrumb(request,
569                                      request->ring->vaddr + request->postfix);
570
571         trace_i915_request_execute(request);
572         engine->serial++;
573         result = true;
574
575 xfer:
576         if (!test_and_set_bit(I915_FENCE_FLAG_ACTIVE, &request->fence.flags)) {
577                 list_move_tail(&request->sched.link, &engine->active.requests);
578                 clear_bit(I915_FENCE_FLAG_PQUEUE, &request->fence.flags);
579         }
580
581         /*
582          * XXX Rollback bonded-execution on __i915_request_unsubmit()?
583          *
584          * In the future, perhaps when we have an active time-slicing scheduler,
585          * it will be interesting to unsubmit parallel execution and remove
586          * busywaits from the GPU until their master is restarted. This is
587          * quite hairy, we have to carefully rollback the fence and do a
588          * preempt-to-idle cycle on the target engine, all the while the
589          * master execute_cb may refire.
590          */
591         __notify_execute_cb(request);
592
593         if (test_bit(DMA_FENCE_FLAG_ENABLE_SIGNAL_BIT, &request->fence.flags))
594                 i915_request_enable_breadcrumb(request);
595
596         return result;
597 }
598
599 void i915_request_submit(struct i915_request *request)
600 {
601         struct intel_engine_cs *engine = request->engine;
602         unsigned long flags;
603
604         /* Will be called from irq-context when using foreign fences. */
605         spin_lock_irqsave(&engine->active.lock, flags);
606
607         __i915_request_submit(request);
608
609         spin_unlock_irqrestore(&engine->active.lock, flags);
610 }
611
612 void __i915_request_unsubmit(struct i915_request *request)
613 {
614         struct intel_engine_cs *engine = request->engine;
615
616         /*
617          * Only unwind in reverse order, required so that the per-context list
618          * is kept in seqno/ring order.
619          */
620         RQ_TRACE(request, "\n");
621
622         GEM_BUG_ON(!irqs_disabled());
623         lockdep_assert_held(&engine->active.lock);
624
625         /*
626          * Before we remove this breadcrumb from the signal list, we have
627          * to ensure that a concurrent dma_fence_enable_signaling() does not
628          * attach itself. We first mark the request as no longer active and
629          * make sure that is visible to other cores, and then remove the
630          * breadcrumb if attached.
631          */
632         GEM_BUG_ON(!test_bit(I915_FENCE_FLAG_ACTIVE, &request->fence.flags));
633         clear_bit_unlock(I915_FENCE_FLAG_ACTIVE, &request->fence.flags);
634         if (test_bit(DMA_FENCE_FLAG_ENABLE_SIGNAL_BIT, &request->fence.flags))
635                 i915_request_cancel_breadcrumb(request);
636
637         /* We've already spun, don't charge on resubmitting. */
638         if (request->sched.semaphores && i915_request_started(request))
639                 request->sched.semaphores = 0;
640
641         /*
642          * We don't need to wake_up any waiters on request->execute, they
643          * will get woken by any other event or us re-adding this request
644          * to the engine timeline (__i915_request_submit()). The waiters
645          * should be quite adapt at finding that the request now has a new
646          * global_seqno to the one they went to sleep on.
647          */
648 }
649
650 void i915_request_unsubmit(struct i915_request *request)
651 {
652         struct intel_engine_cs *engine = request->engine;
653         unsigned long flags;
654
655         /* Will be called from irq-context when using foreign fences. */
656         spin_lock_irqsave(&engine->active.lock, flags);
657
658         __i915_request_unsubmit(request);
659
660         spin_unlock_irqrestore(&engine->active.lock, flags);
661 }
662
663 static int __i915_sw_fence_call
664 submit_notify(struct i915_sw_fence *fence, enum i915_sw_fence_notify state)
665 {
666         struct i915_request *request =
667                 container_of(fence, typeof(*request), submit);
668
669         switch (state) {
670         case FENCE_COMPLETE:
671                 trace_i915_request_submit(request);
672
673                 if (unlikely(fence->error))
674                         i915_request_set_error_once(request, fence->error);
675
676                 /*
677                  * We need to serialize use of the submit_request() callback
678                  * with its hotplugging performed during an emergency
679                  * i915_gem_set_wedged().  We use the RCU mechanism to mark the
680                  * critical section in order to force i915_gem_set_wedged() to
681                  * wait until the submit_request() is completed before
682                  * proceeding.
683                  */
684                 rcu_read_lock();
685                 request->engine->submit_request(request);
686                 rcu_read_unlock();
687                 break;
688
689         case FENCE_FREE:
690                 i915_request_put(request);
691                 break;
692         }
693
694         return NOTIFY_DONE;
695 }
696
697 static int __i915_sw_fence_call
698 semaphore_notify(struct i915_sw_fence *fence, enum i915_sw_fence_notify state)
699 {
700         struct i915_request *rq = container_of(fence, typeof(*rq), semaphore);
701
702         switch (state) {
703         case FENCE_COMPLETE:
704                 break;
705
706         case FENCE_FREE:
707                 i915_request_put(rq);
708                 break;
709         }
710
711         return NOTIFY_DONE;
712 }
713
714 static void retire_requests(struct intel_timeline *tl)
715 {
716         struct i915_request *rq, *rn;
717
718         list_for_each_entry_safe(rq, rn, &tl->requests, link)
719                 if (!i915_request_retire(rq))
720                         break;
721 }
722
723 static noinline struct i915_request *
724 request_alloc_slow(struct intel_timeline *tl,
725                    struct i915_request **rsvd,
726                    gfp_t gfp)
727 {
728         struct i915_request *rq;
729
730         /* If we cannot wait, dip into our reserves */
731         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp)) {
732                 rq = xchg(rsvd, NULL);
733                 if (!rq) /* Use the normal failure path for one final WARN */
734                         goto out;
735
736                 return rq;
737         }
738
739         if (list_empty(&tl->requests))
740                 goto out;
741
742         /* Move our oldest request to the slab-cache (if not in use!) */
743         rq = list_first_entry(&tl->requests, typeof(*rq), link);
744         i915_request_retire(rq);
745
746         rq = kmem_cache_alloc(global.slab_requests,
747                               gfp | __GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_NOWARN);
748         if (rq)
749                 return rq;
750
751         /* Ratelimit ourselves to prevent oom from malicious clients */
752         rq = list_last_entry(&tl->requests, typeof(*rq), link);
753         cond_synchronize_rcu(rq->rcustate);
754
755         /* Retire our old requests in the hope that we free some */
756         retire_requests(tl);
757
758 out:
759         return kmem_cache_alloc(global.slab_requests, gfp);
760 }
761
762 static void __i915_request_ctor(void *arg)
763 {
764         struct i915_request *rq = arg;
765
766         spin_lock_init(&rq->lock);
767         i915_sched_node_init(&rq->sched);
768         i915_sw_fence_init(&rq->submit, submit_notify);
769         i915_sw_fence_init(&rq->semaphore, semaphore_notify);
770
771         dma_fence_init(&rq->fence, &i915_fence_ops, &rq->lock, 0, 0);
772
773         rq->capture_list = NULL;
774
775         init_llist_head(&rq->execute_cb);
776 }
777
778 struct i915_request *
779 __i915_request_create(struct intel_context *ce, gfp_t gfp)
780 {
781         struct intel_timeline *tl = ce->timeline;
782         struct i915_request *rq;
783         u32 seqno;
784         int ret;
785
786         might_sleep_if(gfpflags_allow_blocking(gfp));
787
788         /* Check that the caller provided an already pinned context */
789         __intel_context_pin(ce);
790
791         /*
792          * Beware: Dragons be flying overhead.
793          *
794          * We use RCU to look up requests in flight. The lookups may
795          * race with the request being allocated from the slab freelist.
796          * That is the request we are writing to here, may be in the process
797          * of being read by __i915_active_request_get_rcu(). As such,
798          * we have to be very careful when overwriting the contents. During
799          * the RCU lookup, we change chase the request->engine pointer,
800          * read the request->global_seqno and increment the reference count.
801          *
802          * The reference count is incremented atomically. If it is zero,
803          * the lookup knows the request is unallocated and complete. Otherwise,
804          * it is either still in use, or has been reallocated and reset
805          * with dma_fence_init(). This increment is safe for release as we
806          * check that the request we have a reference to and matches the active
807          * request.
808          *
809          * Before we increment the refcount, we chase the request->engine
810          * pointer. We must not call kmem_cache_zalloc() or else we set
811          * that pointer to NULL and cause a crash during the lookup. If
812          * we see the request is completed (based on the value of the
813          * old engine and seqno), the lookup is complete and reports NULL.
814          * If we decide the request is not completed (new engine or seqno),
815          * then we grab a reference and double check that it is still the
816          * active request - which it won't be and restart the lookup.
817          *
818          * Do not use kmem_cache_zalloc() here!
819          */
820         rq = kmem_cache_alloc(global.slab_requests,
821                               gfp | __GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_NOWARN);
822         if (unlikely(!rq)) {
823                 rq = request_alloc_slow(tl, &ce->engine->request_pool, gfp);
824                 if (!rq) {
825                         ret = -ENOMEM;
826                         goto err_unreserve;
827                 }
828         }
829
830         rq->context = ce;
831         rq->engine = ce->engine;
832         rq->ring = ce->ring;
833         rq->execution_mask = ce->engine->mask;
834
835         kref_init(&rq->fence.refcount);
836         rq->fence.flags = 0;
837         rq->fence.error = 0;
838         INIT_LIST_HEAD(&rq->fence.cb_list);
839
840         ret = intel_timeline_get_seqno(tl, rq, &seqno);
841         if (ret)
842                 goto err_free;
843
844         rq->fence.context = tl->fence_context;
845         rq->fence.seqno = seqno;
846
847         RCU_INIT_POINTER(rq->timeline, tl);
848         RCU_INIT_POINTER(rq->hwsp_cacheline, tl->hwsp_cacheline);
849         rq->hwsp_seqno = tl->hwsp_seqno;
850         GEM_BUG_ON(i915_request_completed(rq));
851
852         rq->rcustate = get_state_synchronize_rcu(); /* acts as smp_mb() */
853
854         /* We bump the ref for the fence chain */
855         i915_sw_fence_reinit(&i915_request_get(rq)->submit);
856         i915_sw_fence_reinit(&i915_request_get(rq)->semaphore);
857
858         i915_sched_node_reinit(&rq->sched);
859
860         /* No zalloc, everything must be cleared after use */
861         rq->batch = NULL;
862         GEM_BUG_ON(rq->capture_list);
863         GEM_BUG_ON(!llist_empty(&rq->execute_cb));
864
865         /*
866          * Reserve space in the ring buffer for all the commands required to
867          * eventually emit this request. This is to guarantee that the
868          * i915_request_add() call can't fail. Note that the reserve may need
869          * to be redone if the request is not actually submitted straight
870          * away, e.g. because a GPU scheduler has deferred it.
871          *
872          * Note that due to how we add reserved_space to intel_ring_begin()
873          * we need to double our request to ensure that if we need to wrap
874          * around inside i915_request_add() there is sufficient space at
875          * the beginning of the ring as well.
876          */
877         rq->reserved_space =
878                 2 * rq->engine->emit_fini_breadcrumb_dw * sizeof(u32);
879
880         /*
881          * Record the position of the start of the request so that
882          * should we detect the updated seqno part-way through the
883          * GPU processing the request, we never over-estimate the
884          * position of the head.
885          */
886         rq->head = rq->ring->emit;
887
888         ret = rq->engine->request_alloc(rq);
889         if (ret)
890                 goto err_unwind;
891
892         rq->infix = rq->ring->emit; /* end of header; start of user payload */
893
894         intel_context_mark_active(ce);
895         list_add_tail_rcu(&rq->link, &tl->requests);
896
897         return rq;
898
899 err_unwind:
900         ce->ring->emit = rq->head;
901
902         /* Make sure we didn't add ourselves to external state before freeing */
903         GEM_BUG_ON(!list_empty(&rq->sched.signalers_list));
904         GEM_BUG_ON(!list_empty(&rq->sched.waiters_list));
905
906 err_free:
907         kmem_cache_free(global.slab_requests, rq);
908 err_unreserve:
909         intel_context_unpin(ce);
910         return ERR_PTR(ret);
911 }
912
913 struct i915_request *
914 i915_request_create(struct intel_context *ce)
915 {
916         struct i915_request *rq;
917         struct intel_timeline *tl;
918
919         tl = intel_context_timeline_lock(ce);
920         if (IS_ERR(tl))
921                 return ERR_CAST(tl);
922
923         /* Move our oldest request to the slab-cache (if not in use!) */
924         rq = list_first_entry(&tl->requests, typeof(*rq), link);
925         if (!list_is_last(&rq->link, &tl->requests))
926                 i915_request_retire(rq);
927
928         intel_context_enter(ce);
929         rq = __i915_request_create(ce, GFP_KERNEL);
930         intel_context_exit(ce); /* active reference transferred to request */
931         if (IS_ERR(rq))
932                 goto err_unlock;
933
934         /* Check that we do not interrupt ourselves with a new request */
935         rq->cookie = lockdep_pin_lock(&tl->mutex);
936
937         return rq;
938
939 err_unlock:
940         intel_context_timeline_unlock(tl);
941         return rq;
942 }
943
944 static int
945 i915_request_await_start(struct i915_request *rq, struct i915_request *signal)
946 {
947         struct dma_fence *fence;
948         int err;
949
950         if (i915_request_timeline(rq) == rcu_access_pointer(signal->timeline))
951                 return 0;
952
953         if (i915_request_started(signal))
954                 return 0;
955
956         fence = NULL;
957         rcu_read_lock();
958         spin_lock_irq(&signal->lock);
959         do {
960                 struct list_head *pos = READ_ONCE(signal->link.prev);
961                 struct i915_request *prev;
962
963                 /* Confirm signal has not been retired, the link is valid */
964                 if (unlikely(i915_request_started(signal)))
965                         break;
966
967                 /* Is signal the earliest request on its timeline? */
968                 if (pos == &rcu_dereference(signal->timeline)->requests)
969                         break;
970
971                 /*
972                  * Peek at the request before us in the timeline. That
973                  * request will only be valid before it is retired, so
974                  * after acquiring a reference to it, confirm that it is
975                  * still part of the signaler's timeline.
976                  */
977                 prev = list_entry(pos, typeof(*prev), link);
978                 if (!i915_request_get_rcu(prev))
979                         break;
980
981                 /* After the strong barrier, confirm prev is still attached */
982                 if (unlikely(READ_ONCE(prev->link.next) != &signal->link)) {
983                         i915_request_put(prev);
984                         break;
985                 }
986
987                 fence = &prev->fence;
988         } while (0);
989         spin_unlock_irq(&signal->lock);
990         rcu_read_unlock();
991         if (!fence)
992                 return 0;
993
994         err = 0;
995         if (!intel_timeline_sync_is_later(i915_request_timeline(rq), fence))
996                 err = i915_sw_fence_await_dma_fence(&rq->submit,
997                                                     fence, 0,
998                                                     I915_FENCE_GFP);
999         dma_fence_put(fence);
1000
1001         return err;
1002 }
1003
1004 static intel_engine_mask_t
1005 already_busywaiting(struct i915_request *rq)
1006 {
1007         /*
1008          * Polling a semaphore causes bus traffic, delaying other users of
1009          * both the GPU and CPU. We want to limit the impact on others,
1010          * while taking advantage of early submission to reduce GPU
1011          * latency. Therefore we restrict ourselves to not using more
1012          * than one semaphore from each source, and not using a semaphore
1013          * if we have detected the engine is saturated (i.e. would not be
1014          * submitted early and cause bus traffic reading an already passed
1015          * semaphore).
1016          *
1017          * See the are-we-too-late? check in __i915_request_submit().
1018          */
1019         return rq->sched.semaphores | READ_ONCE(rq->engine->saturated);
1020 }
1021
1022 static int
1023 __emit_semaphore_wait(struct i915_request *to,
1024                       struct i915_request *from,
1025                       u32 seqno)
1026 {
1027         const int has_token = INTEL_GEN(to->engine->i915) >= 12;
1028         u32 hwsp_offset;
1029         int len, err;
1030         u32 *cs;
1031
1032         GEM_BUG_ON(INTEL_GEN(to->engine->i915) < 8);
1033         GEM_BUG_ON(i915_request_has_initial_breadcrumb(to));
1034
1035         /* We need to pin the signaler's HWSP until we are finished reading. */
1036         err = intel_timeline_read_hwsp(from, to, &hwsp_offset);
1037         if (err)
1038                 return err;
1039
1040         len = 4;
1041         if (has_token)
1042                 len += 2;
1043
1044         cs = intel_ring_begin(to, len);
1045         if (IS_ERR(cs))
1046                 return PTR_ERR(cs);
1047
1048         /*
1049          * Using greater-than-or-equal here means we have to worry
1050          * about seqno wraparound. To side step that issue, we swap
1051          * the timeline HWSP upon wrapping, so that everyone listening
1052          * for the old (pre-wrap) values do not see the much smaller
1053          * (post-wrap) values than they were expecting (and so wait
1054          * forever).
1055          */
1056         *cs++ = (MI_SEMAPHORE_WAIT |
1057                  MI_SEMAPHORE_GLOBAL_GTT |
1058                  MI_SEMAPHORE_POLL |
1059                  MI_SEMAPHORE_SAD_GTE_SDD) +
1060                 has_token;
1061         *cs++ = seqno;
1062         *cs++ = hwsp_offset;
1063         *cs++ = 0;
1064         if (has_token) {
1065                 *cs++ = 0;
1066                 *cs++ = MI_NOOP;
1067         }
1068
1069         intel_ring_advance(to, cs);
1070         return 0;
1071 }
1072
1073 static int
1074 emit_semaphore_wait(struct i915_request *to,
1075                     struct i915_request *from,
1076                     gfp_t gfp)
1077 {
1078         const intel_engine_mask_t mask = READ_ONCE(from->engine)->mask;
1079         struct i915_sw_fence *wait = &to->submit;
1080
1081         if (!intel_context_use_semaphores(to->context))
1082                 goto await_fence;
1083
1084         if (i915_request_has_initial_breadcrumb(to))
1085                 goto await_fence;
1086
1087         if (!rcu_access_pointer(from->hwsp_cacheline))
1088                 goto await_fence;
1089
1090         /*
1091          * If this or its dependents are waiting on an external fence
1092          * that may fail catastrophically, then we want to avoid using
1093          * sempahores as they bypass the fence signaling metadata, and we
1094          * lose the fence->error propagation.
1095          */
1096         if (from->sched.flags & I915_SCHED_HAS_EXTERNAL_CHAIN)
1097                 goto await_fence;
1098
1099         /* Just emit the first semaphore we see as request space is limited. */
1100         if (already_busywaiting(to) & mask)
1101                 goto await_fence;
1102
1103         if (i915_request_await_start(to, from) < 0)
1104                 goto await_fence;
1105
1106         /* Only submit our spinner after the signaler is running! */
1107         if (__await_execution(to, from, NULL, gfp))
1108                 goto await_fence;
1109
1110         if (__emit_semaphore_wait(to, from, from->fence.seqno))
1111                 goto await_fence;
1112
1113         to->sched.semaphores |= mask;
1114         wait = &to->semaphore;
1115
1116 await_fence:
1117         return i915_sw_fence_await_dma_fence(wait,
1118                                              &from->fence, 0,
1119                                              I915_FENCE_GFP);
1120 }
1121
1122 static bool intel_timeline_sync_has_start(struct intel_timeline *tl,
1123                                           struct dma_fence *fence)
1124 {
1125         return __intel_timeline_sync_is_later(tl,
1126                                               fence->context,
1127                                               fence->seqno - 1);
1128 }
1129
1130 static int intel_timeline_sync_set_start(struct intel_timeline *tl,
1131                                          const struct dma_fence *fence)
1132 {
1133         return __intel_timeline_sync_set(tl, fence->context, fence->seqno - 1);
1134 }
1135
1136 static int
1137 __i915_request_await_execution(struct i915_request *to,
1138                                struct i915_request *from,
1139                                void (*hook)(struct i915_request *rq,
1140                                             struct dma_fence *signal))
1141 {
1142         int err;
1143
1144         GEM_BUG_ON(intel_context_is_barrier(from->context));
1145
1146         /* Submit both requests at the same time */
1147         err = __await_execution(to, from, hook, I915_FENCE_GFP);
1148         if (err)
1149                 return err;
1150
1151         /* Squash repeated depenendices to the same timelines */
1152         if (intel_timeline_sync_has_start(i915_request_timeline(to),
1153                                           &from->fence))
1154                 return 0;
1155
1156         /*
1157          * Wait until the start of this request.
1158          *
1159          * The execution cb fires when we submit the request to HW. But in
1160          * many cases this may be long before the request itself is ready to
1161          * run (consider that we submit 2 requests for the same context, where
1162          * the request of interest is behind an indefinite spinner). So we hook
1163          * up to both to reduce our queues and keep the execution lag minimised
1164          * in the worst case, though we hope that the await_start is elided.
1165          */
1166         err = i915_request_await_start(to, from);
1167         if (err < 0)
1168                 return err;
1169
1170         /*
1171          * Ensure both start together [after all semaphores in signal]
1172          *
1173          * Now that we are queued to the HW at roughly the same time (thanks
1174          * to the execute cb) and are ready to run at roughly the same time
1175          * (thanks to the await start), our signaler may still be indefinitely
1176          * delayed by waiting on a semaphore from a remote engine. If our
1177          * signaler depends on a semaphore, so indirectly do we, and we do not
1178          * want to start our payload until our signaler also starts theirs.
1179          * So we wait.
1180          *
1181          * However, there is also a second condition for which we need to wait
1182          * for the precise start of the signaler. Consider that the signaler
1183          * was submitted in a chain of requests following another context
1184          * (with just an ordinary intra-engine fence dependency between the
1185          * two). In this case the signaler is queued to HW, but not for
1186          * immediate execution, and so we must wait until it reaches the
1187          * active slot.
1188          */
1189         if (intel_engine_has_semaphores(to->engine) &&
1190             !i915_request_has_initial_breadcrumb(to)) {
1191                 err = __emit_semaphore_wait(to, from, from->fence.seqno - 1);
1192                 if (err < 0)
1193                         return err;
1194         }
1195
1196         /* Couple the dependency tree for PI on this exposed to->fence */
1197         if (to->engine->schedule) {
1198                 err = i915_sched_node_add_dependency(&to->sched,
1199                                                      &from->sched,
1200                                                      I915_DEPENDENCY_WEAK);
1201                 if (err < 0)
1202                         return err;
1203         }
1204
1205         return intel_timeline_sync_set_start(i915_request_timeline(to),
1206                                              &from->fence);
1207 }
1208
1209 static void mark_external(struct i915_request *rq)
1210 {
1211         /*
1212          * The downside of using semaphores is that we lose metadata passing
1213          * along the signaling chain. This is particularly nasty when we
1214          * need to pass along a fatal error such as EFAULT or EDEADLK. For
1215          * fatal errors we want to scrub the request before it is executed,
1216          * which means that we cannot preload the request onto HW and have
1217          * it wait upon a semaphore.
1218          */
1219         rq->sched.flags |= I915_SCHED_HAS_EXTERNAL_CHAIN;
1220 }
1221
1222 static int
1223 __i915_request_await_external(struct i915_request *rq, struct dma_fence *fence)
1224 {
1225         mark_external(rq);
1226         return i915_sw_fence_await_dma_fence(&rq->submit, fence,
1227                                              i915_fence_context_timeout(rq->engine->i915,
1228                                                                         fence->context),
1229                                              I915_FENCE_GFP);
1230 }
1231
1232 static int
1233 i915_request_await_external(struct i915_request *rq, struct dma_fence *fence)
1234 {
1235         struct dma_fence *iter;
1236         int err = 0;
1237
1238         if (!to_dma_fence_chain(fence))
1239                 return __i915_request_await_external(rq, fence);
1240
1241         dma_fence_chain_for_each(iter, fence) {
1242                 struct dma_fence_chain *chain = to_dma_fence_chain(iter);
1243
1244                 if (!dma_fence_is_i915(chain->fence)) {
1245                         err = __i915_request_await_external(rq, iter);
1246                         break;
1247                 }
1248
1249                 err = i915_request_await_dma_fence(rq, chain->fence);
1250                 if (err < 0)
1251                         break;
1252         }
1253
1254         dma_fence_put(iter);
1255         return err;
1256 }
1257
1258 int
1259 i915_request_await_execution(struct i915_request *rq,
1260                              struct dma_fence *fence,
1261                              void (*hook)(struct i915_request *rq,
1262                                           struct dma_fence *signal))
1263 {
1264         struct dma_fence **child = &fence;
1265         unsigned int nchild = 1;
1266         int ret;
1267
1268         if (dma_fence_is_array(fence)) {
1269                 struct dma_fence_array *array = to_dma_fence_array(fence);
1270
1271                 /* XXX Error for signal-on-any fence arrays */
1272
1273                 child = array->fences;
1274                 nchild = array->num_fences;
1275                 GEM_BUG_ON(!nchild);
1276         }
1277
1278         do {
1279                 fence = *child++;
1280                 if (test_bit(DMA_FENCE_FLAG_SIGNALED_BIT, &fence->flags)) {
1281                         i915_sw_fence_set_error_once(&rq->submit, fence->error);
1282                         continue;
1283                 }
1284
1285                 if (fence->context == rq->fence.context)
1286                         continue;
1287
1288                 /*
1289                  * We don't squash repeated fence dependencies here as we
1290                  * want to run our callback in all cases.
1291                  */
1292
1293                 if (dma_fence_is_i915(fence))
1294                         ret = __i915_request_await_execution(rq,
1295                                                              to_request(fence),
1296                                                              hook);
1297                 else
1298                         ret = i915_request_await_external(rq, fence);
1299                 if (ret < 0)
1300                         return ret;
1301         } while (--nchild);
1302
1303         return 0;
1304 }
1305
1306 static int
1307 await_request_submit(struct i915_request *to, struct i915_request *from)
1308 {
1309         /*
1310          * If we are waiting on a virtual engine, then it may be
1311          * constrained to execute on a single engine *prior* to submission.
1312          * When it is submitted, it will be first submitted to the virtual
1313          * engine and then passed to the physical engine. We cannot allow
1314          * the waiter to be submitted immediately to the physical engine
1315          * as it may then bypass the virtual request.
1316          */
1317         if (to->engine == READ_ONCE(from->engine))
1318                 return i915_sw_fence_await_sw_fence_gfp(&to->submit,
1319                                                         &from->submit,
1320                                                         I915_FENCE_GFP);
1321         else
1322                 return __i915_request_await_execution(to, from, NULL);
1323 }
1324
1325 static int
1326 i915_request_await_request(struct i915_request *to, struct i915_request *from)
1327 {
1328         int ret;
1329
1330         GEM_BUG_ON(to == from);
1331         GEM_BUG_ON(to->timeline == from->timeline);
1332
1333         if (i915_request_completed(from)) {
1334                 i915_sw_fence_set_error_once(&to->submit, from->fence.error);
1335                 return 0;
1336         }
1337
1338         if (to->engine->schedule) {
1339                 ret = i915_sched_node_add_dependency(&to->sched,
1340                                                      &from->sched,
1341                                                      I915_DEPENDENCY_EXTERNAL);
1342                 if (ret < 0)
1343                         return ret;
1344         }
1345
1346         if (is_power_of_2(to->execution_mask | READ_ONCE(from->execution_mask)))
1347                 ret = await_request_submit(to, from);
1348         else
1349                 ret = emit_semaphore_wait(to, from, I915_FENCE_GFP);
1350         if (ret < 0)
1351                 return ret;
1352
1353         return 0;
1354 }
1355
1356 int
1357 i915_request_await_dma_fence(struct i915_request *rq, struct dma_fence *fence)
1358 {
1359         struct dma_fence **child = &fence;
1360         unsigned int nchild = 1;
1361         int ret;
1362
1363         /*
1364          * Note that if the fence-array was created in signal-on-any mode,
1365          * we should *not* decompose it into its individual fences. However,
1366          * we don't currently store which mode the fence-array is operating
1367          * in. Fortunately, the only user of signal-on-any is private to
1368          * amdgpu and we should not see any incoming fence-array from
1369          * sync-file being in signal-on-any mode.
1370          */
1371         if (dma_fence_is_array(fence)) {
1372                 struct dma_fence_array *array = to_dma_fence_array(fence);
1373
1374                 child = array->fences;
1375                 nchild = array->num_fences;
1376                 GEM_BUG_ON(!nchild);
1377         }
1378
1379         do {
1380                 fence = *child++;
1381                 if (test_bit(DMA_FENCE_FLAG_SIGNALED_BIT, &fence->flags)) {
1382                         i915_sw_fence_set_error_once(&rq->submit, fence->error);
1383                         continue;
1384                 }
1385
1386                 /*
1387                  * Requests on the same timeline are explicitly ordered, along
1388                  * with their dependencies, by i915_request_add() which ensures
1389                  * that requests are submitted in-order through each ring.
1390                  */
1391                 if (fence->context == rq->fence.context)
1392                         continue;
1393
1394                 /* Squash repeated waits to the same timelines */
1395                 if (fence->context &&
1396                     intel_timeline_sync_is_later(i915_request_timeline(rq),
1397                                                  fence))
1398                         continue;
1399
1400                 if (dma_fence_is_i915(fence))
1401                         ret = i915_request_await_request(rq, to_request(fence));
1402                 else
1403                         ret = i915_request_await_external(rq, fence);
1404                 if (ret < 0)
1405                         return ret;
1406
1407                 /* Record the latest fence used against each timeline */
1408                 if (fence->context)
1409                         intel_timeline_sync_set(i915_request_timeline(rq),
1410                                                 fence);
1411         } while (--nchild);
1412
1413         return 0;
1414 }
1415
1416 /**
1417  * i915_request_await_object - set this request to (async) wait upon a bo
1418  * @to: request we are wishing to use
1419  * @obj: object which may be in use on another ring.
1420  * @write: whether the wait is on behalf of a writer
1421  *
1422  * This code is meant to abstract object synchronization with the GPU.
1423  * Conceptually we serialise writes between engines inside the GPU.
1424  * We only allow one engine to write into a buffer at any time, but
1425  * multiple readers. To ensure each has a coherent view of memory, we must:
1426  *
1427  * - If there is an outstanding write request to the object, the new
1428  *   request must wait for it to complete (either CPU or in hw, requests
1429  *   on the same ring will be naturally ordered).
1430  *
1431  * - If we are a write request (pending_write_domain is set), the new
1432  *   request must wait for outstanding read requests to complete.
1433  *
1434  * Returns 0 if successful, else propagates up the lower layer error.
1435  */
1436 int
1437 i915_request_await_object(struct i915_request *to,
1438                           struct drm_i915_gem_object *obj,
1439                           bool write)
1440 {
1441         struct dma_fence *excl;
1442         int ret = 0;
1443
1444         if (write) {
1445                 struct dma_fence **shared;
1446                 unsigned int count, i;
1447
1448                 ret = dma_resv_get_fences_rcu(obj->base.resv,
1449                                                         &excl, &count, &shared);
1450                 if (ret)
1451                         return ret;
1452
1453                 for (i = 0; i < count; i++) {
1454                         ret = i915_request_await_dma_fence(to, shared[i]);
1455                         if (ret)
1456                                 break;
1457
1458                         dma_fence_put(shared[i]);
1459                 }
1460
1461                 for (; i < count; i++)
1462                         dma_fence_put(shared[i]);
1463                 kfree(shared);
1464         } else {
1465                 excl = dma_resv_get_excl_rcu(obj->base.resv);
1466         }
1467
1468         if (excl) {
1469                 if (ret == 0)
1470                         ret = i915_request_await_dma_fence(to, excl);
1471
1472                 dma_fence_put(excl);
1473         }
1474
1475         return ret;
1476 }
1477
1478 static struct i915_request *
1479 __i915_request_add_to_timeline(struct i915_request *rq)
1480 {
1481         struct intel_timeline *timeline = i915_request_timeline(rq);
1482         struct i915_request *prev;
1483
1484         /*
1485          * Dependency tracking and request ordering along the timeline
1486          * is special cased so that we can eliminate redundant ordering
1487          * operations while building the request (we know that the timeline
1488          * itself is ordered, and here we guarantee it).
1489          *
1490          * As we know we will need to emit tracking along the timeline,
1491          * we embed the hooks into our request struct -- at the cost of
1492          * having to have specialised no-allocation interfaces (which will
1493          * be beneficial elsewhere).
1494          *
1495          * A second benefit to open-coding i915_request_await_request is
1496          * that we can apply a slight variant of the rules specialised
1497          * for timelines that jump between engines (such as virtual engines).
1498          * If we consider the case of virtual engine, we must emit a dma-fence
1499          * to prevent scheduling of the second request until the first is
1500          * complete (to maximise our greedy late load balancing) and this
1501          * precludes optimising to use semaphores serialisation of a single
1502          * timeline across engines.
1503          */
1504         prev = to_request(__i915_active_fence_set(&timeline->last_request,
1505                                                   &rq->fence));
1506         if (prev && !i915_request_completed(prev)) {
1507                 /*
1508                  * The requests are supposed to be kept in order. However,
1509                  * we need to be wary in case the timeline->last_request
1510                  * is used as a barrier for external modification to this
1511                  * context.
1512                  */
1513                 GEM_BUG_ON(prev->context == rq->context &&
1514                            i915_seqno_passed(prev->fence.seqno,
1515                                              rq->fence.seqno));
1516
1517                 if (is_power_of_2(READ_ONCE(prev->engine)->mask | rq->engine->mask))
1518                         i915_sw_fence_await_sw_fence(&rq->submit,
1519                                                      &prev->submit,
1520                                                      &rq->submitq);
1521                 else
1522                         __i915_sw_fence_await_dma_fence(&rq->submit,
1523                                                         &prev->fence,
1524                                                         &rq->dmaq);
1525                 if (rq->engine->schedule)
1526                         __i915_sched_node_add_dependency(&rq->sched,
1527                                                          &prev->sched,
1528                                                          &rq->dep,
1529                                                          0);
1530         }
1531
1532         /*
1533          * Make sure that no request gazumped us - if it was allocated after
1534          * our i915_request_alloc() and called __i915_request_add() before
1535          * us, the timeline will hold its seqno which is later than ours.
1536          */
1537         GEM_BUG_ON(timeline->seqno != rq->fence.seqno);
1538
1539         return prev;
1540 }
1541
1542 /*
1543  * NB: This function is not allowed to fail. Doing so would mean the the
1544  * request is not being tracked for completion but the work itself is
1545  * going to happen on the hardware. This would be a Bad Thing(tm).
1546  */
1547 struct i915_request *__i915_request_commit(struct i915_request *rq)
1548 {
1549         struct intel_engine_cs *engine = rq->engine;
1550         struct intel_ring *ring = rq->ring;
1551         u32 *cs;
1552
1553         RQ_TRACE(rq, "\n");
1554
1555         /*
1556          * To ensure that this call will not fail, space for its emissions
1557          * should already have been reserved in the ring buffer. Let the ring
1558          * know that it is time to use that space up.
1559          */
1560         GEM_BUG_ON(rq->reserved_space > ring->space);
1561         rq->reserved_space = 0;
1562         rq->emitted_jiffies = jiffies;
1563
1564         /*
1565          * Record the position of the start of the breadcrumb so that
1566          * should we detect the updated seqno part-way through the
1567          * GPU processing the request, we never over-estimate the
1568          * position of the ring's HEAD.
1569          */
1570         cs = intel_ring_begin(rq, engine->emit_fini_breadcrumb_dw);
1571         GEM_BUG_ON(IS_ERR(cs));
1572         rq->postfix = intel_ring_offset(rq, cs);
1573
1574         return __i915_request_add_to_timeline(rq);
1575 }
1576
1577 void __i915_request_queue(struct i915_request *rq,
1578                           const struct i915_sched_attr *attr)
1579 {
1580         /*
1581          * Let the backend know a new request has arrived that may need
1582          * to adjust the existing execution schedule due to a high priority
1583          * request - i.e. we may want to preempt the current request in order
1584          * to run a high priority dependency chain *before* we can execute this
1585          * request.
1586          *
1587          * This is called before the request is ready to run so that we can
1588          * decide whether to preempt the entire chain so that it is ready to
1589          * run at the earliest possible convenience.
1590          */
1591         if (attr && rq->engine->schedule)
1592                 rq->engine->schedule(rq, attr);
1593         i915_sw_fence_commit(&rq->semaphore);
1594         i915_sw_fence_commit(&rq->submit);
1595 }
1596
1597 void i915_request_add(struct i915_request *rq)
1598 {
1599         struct intel_timeline * const tl = i915_request_timeline(rq);
1600         struct i915_sched_attr attr = {};
1601         struct i915_gem_context *ctx;
1602
1603         lockdep_assert_held(&tl->mutex);
1604         lockdep_unpin_lock(&tl->mutex, rq->cookie);
1605
1606         trace_i915_request_add(rq);
1607         __i915_request_commit(rq);
1608
1609         /* XXX placeholder for selftests */
1610         rcu_read_lock();
1611         ctx = rcu_dereference(rq->context->gem_context);
1612         if (ctx)
1613                 attr = ctx->sched;
1614         rcu_read_unlock();
1615
1616         __i915_request_queue(rq, &attr);
1617
1618         mutex_unlock(&tl->mutex);
1619 }
1620
1621 static unsigned long local_clock_ns(unsigned int *cpu)
1622 {
1623         unsigned long t;
1624
1625         /*
1626          * Cheaply and approximately convert from nanoseconds to microseconds.
1627          * The result and subsequent calculations are also defined in the same
1628          * approximate microseconds units. The principal source of timing
1629          * error here is from the simple truncation.
1630          *
1631          * Note that local_clock() is only defined wrt to the current CPU;
1632          * the comparisons are no longer valid if we switch CPUs. Instead of
1633          * blocking preemption for the entire busywait, we can detect the CPU
1634          * switch and use that as indicator of system load and a reason to
1635          * stop busywaiting, see busywait_stop().
1636          */
1637         *cpu = get_cpu();
1638         t = local_clock();
1639         put_cpu();
1640
1641         return t;
1642 }
1643
1644 static bool busywait_stop(unsigned long timeout, unsigned int cpu)
1645 {
1646         unsigned int this_cpu;
1647
1648         if (time_after(local_clock_ns(&this_cpu), timeout))
1649                 return true;
1650
1651         return this_cpu != cpu;
1652 }
1653
1654 static bool __i915_spin_request(struct i915_request * const rq, int state)
1655 {
1656         unsigned long timeout_ns;
1657         unsigned int cpu;
1658
1659         /*
1660          * Only wait for the request if we know it is likely to complete.
1661          *
1662          * We don't track the timestamps around requests, nor the average
1663          * request length, so we do not have a good indicator that this
1664          * request will complete within the timeout. What we do know is the
1665          * order in which requests are executed by the context and so we can
1666          * tell if the request has been started. If the request is not even
1667          * running yet, it is a fair assumption that it will not complete
1668          * within our relatively short timeout.
1669          */
1670         if (!i915_request_is_running(rq))
1671                 return false;
1672
1673         /*
1674          * When waiting for high frequency requests, e.g. during synchronous
1675          * rendering split between the CPU and GPU, the finite amount of time
1676          * required to set up the irq and wait upon it limits the response
1677          * rate. By busywaiting on the request completion for a short while we
1678          * can service the high frequency waits as quick as possible. However,
1679          * if it is a slow request, we want to sleep as quickly as possible.
1680          * The tradeoff between waiting and sleeping is roughly the time it
1681          * takes to sleep on a request, on the order of a microsecond.
1682          */
1683
1684         timeout_ns = READ_ONCE(rq->engine->props.max_busywait_duration_ns);
1685         timeout_ns += local_clock_ns(&cpu);
1686         do {
1687                 if (dma_fence_is_signaled(&rq->fence))
1688                         return true;
1689
1690                 if (signal_pending_state(state, current))
1691                         break;
1692
1693                 if (busywait_stop(timeout_ns, cpu))
1694                         break;
1695
1696                 cpu_relax();
1697         } while (!need_resched());
1698
1699         return false;
1700 }
1701
1702 struct request_wait {
1703         struct dma_fence_cb cb;
1704         struct task_struct *tsk;
1705 };
1706
1707 static void request_wait_wake(struct dma_fence *fence, struct dma_fence_cb *cb)
1708 {
1709         struct request_wait *wait = container_of(cb, typeof(*wait), cb);
1710
1711         wake_up_process(fetch_and_zero(&wait->tsk));
1712 }
1713
1714 /**
1715  * i915_request_wait - wait until execution of request has finished
1716  * @rq: the request to wait upon
1717  * @flags: how to wait
1718  * @timeout: how long to wait in jiffies
1719  *
1720  * i915_request_wait() waits for the request to be completed, for a
1721  * maximum of @timeout jiffies (with MAX_SCHEDULE_TIMEOUT implying an
1722  * unbounded wait).
1723  *
1724  * Returns the remaining time (in jiffies) if the request completed, which may
1725  * be zero or -ETIME if the request is unfinished after the timeout expires.
1726  * May return -EINTR is called with I915_WAIT_INTERRUPTIBLE and a signal is
1727  * pending before the request completes.
1728  */
1729 long i915_request_wait(struct i915_request *rq,
1730                        unsigned int flags,
1731                        long timeout)
1732 {
1733         const int state = flags & I915_WAIT_INTERRUPTIBLE ?
1734                 TASK_INTERRUPTIBLE : TASK_UNINTERRUPTIBLE;
1735         struct request_wait wait;
1736
1737         might_sleep();
1738         GEM_BUG_ON(timeout < 0);
1739
1740         if (dma_fence_is_signaled(&rq->fence))
1741                 return timeout;
1742
1743         if (!timeout)
1744                 return -ETIME;
1745
1746         trace_i915_request_wait_begin(rq, flags);
1747
1748         /*
1749          * We must never wait on the GPU while holding a lock as we
1750          * may need to perform a GPU reset. So while we don't need to
1751          * serialise wait/reset with an explicit lock, we do want
1752          * lockdep to detect potential dependency cycles.
1753          */
1754         mutex_acquire(&rq->engine->gt->reset.mutex.dep_map, 0, 0, _THIS_IP_);
1755
1756         /*
1757          * Optimistic spin before touching IRQs.
1758          *
1759          * We may use a rather large value here to offset the penalty of
1760          * switching away from the active task. Frequently, the client will
1761          * wait upon an old swapbuffer to throttle itself to remain within a
1762          * frame of the gpu. If the client is running in lockstep with the gpu,
1763          * then it should not be waiting long at all, and a sleep now will incur
1764          * extra scheduler latency in producing the next frame. To try to
1765          * avoid adding the cost of enabling/disabling the interrupt to the
1766          * short wait, we first spin to see if the request would have completed
1767          * in the time taken to setup the interrupt.
1768          *
1769          * We need upto 5us to enable the irq, and upto 20us to hide the
1770          * scheduler latency of a context switch, ignoring the secondary
1771          * impacts from a context switch such as cache eviction.
1772          *
1773          * The scheme used for low-latency IO is called "hybrid interrupt
1774          * polling". The suggestion there is to sleep until just before you
1775          * expect to be woken by the device interrupt and then poll for its
1776          * completion. That requires having a good predictor for the request
1777          * duration, which we currently lack.
1778          */
1779         if (IS_ACTIVE(CONFIG_DRM_I915_MAX_REQUEST_BUSYWAIT) &&
1780             __i915_spin_request(rq, state))
1781                 goto out;
1782
1783         /*
1784          * This client is about to stall waiting for the GPU. In many cases
1785          * this is undesirable and limits the throughput of the system, as
1786          * many clients cannot continue processing user input/output whilst
1787          * blocked. RPS autotuning may take tens of milliseconds to respond
1788          * to the GPU load and thus incurs additional latency for the client.
1789          * We can circumvent that by promoting the GPU frequency to maximum
1790          * before we sleep. This makes the GPU throttle up much more quickly
1791          * (good for benchmarks and user experience, e.g. window animations),
1792          * but at a cost of spending more power processing the workload
1793          * (bad for battery).
1794          */
1795         if (flags & I915_WAIT_PRIORITY && !i915_request_started(rq))
1796                 intel_rps_boost(rq);
1797
1798         wait.tsk = current;
1799         if (dma_fence_add_callback(&rq->fence, &wait.cb, request_wait_wake))
1800                 goto out;
1801
1802         /*
1803          * Flush the submission tasklet, but only if it may help this request.
1804          *
1805          * We sometimes experience some latency between the HW interrupts and
1806          * tasklet execution (mostly due to ksoftirqd latency, but it can also
1807          * be due to lazy CS events), so lets run the tasklet manually if there
1808          * is a chance it may submit this request. If the request is not ready
1809          * to run, as it is waiting for other fences to be signaled, flushing
1810          * the tasklet is busy work without any advantage for this client.
1811          *
1812          * If the HW is being lazy, this is the last chance before we go to
1813          * sleep to catch any pending events. We will check periodically in
1814          * the heartbeat to flush the submission tasklets as a last resort
1815          * for unhappy HW.
1816          */
1817         if (i915_request_is_ready(rq))
1818                 intel_engine_flush_submission(rq->engine);
1819
1820         for (;;) {
1821                 set_current_state(state);
1822
1823                 if (dma_fence_is_signaled(&rq->fence))
1824                         break;
1825
1826                 if (signal_pending_state(state, current)) {
1827                         timeout = -ERESTARTSYS;
1828                         break;
1829                 }
1830
1831                 if (!timeout) {
1832                         timeout = -ETIME;
1833                         break;
1834                 }
1835
1836                 timeout = io_schedule_timeout(timeout);
1837         }
1838         __set_current_state(TASK_RUNNING);
1839
1840         if (READ_ONCE(wait.tsk))
1841                 dma_fence_remove_callback(&rq->fence, &wait.cb);
1842         GEM_BUG_ON(!list_empty(&wait.cb.node));
1843
1844 out:
1845         mutex_release(&rq->engine->gt->reset.mutex.dep_map, _THIS_IP_);
1846         trace_i915_request_wait_end(rq);
1847         return timeout;
1848 }
1849
1850 #if IS_ENABLED(CONFIG_DRM_I915_SELFTEST)
1851 #include "selftests/mock_request.c"
1852 #include "selftests/i915_request.c"
1853 #endif
1854
1855 static void i915_global_request_shrink(void)
1856 {
1857         kmem_cache_shrink(global.slab_execute_cbs);
1858         kmem_cache_shrink(global.slab_requests);
1859 }
1860
1861 static void i915_global_request_exit(void)
1862 {
1863         kmem_cache_destroy(global.slab_execute_cbs);
1864         kmem_cache_destroy(global.slab_requests);
1865 }
1866
1867 static struct i915_global_request global = { {
1868         .shrink = i915_global_request_shrink,
1869         .exit = i915_global_request_exit,
1870 } };
1871
1872 int __init i915_global_request_init(void)
1873 {
1874         global.slab_requests =
1875                 kmem_cache_create("i915_request",
1876                                   sizeof(struct i915_request),
1877                                   __alignof__(struct i915_request),
1878                                   SLAB_HWCACHE_ALIGN |
1879                                   SLAB_RECLAIM_ACCOUNT |
1880                                   SLAB_TYPESAFE_BY_RCU,
1881                                   __i915_request_ctor);
1882         if (!global.slab_requests)
1883                 return -ENOMEM;
1884
1885         global.slab_execute_cbs = KMEM_CACHE(execute_cb,
1886                                              SLAB_HWCACHE_ALIGN |
1887                                              SLAB_RECLAIM_ACCOUNT |
1888                                              SLAB_TYPESAFE_BY_RCU);
1889         if (!global.slab_execute_cbs)
1890                 goto err_requests;
1891
1892         i915_global_register(&global.base);
1893         return 0;
1894
1895 err_requests:
1896         kmem_cache_destroy(global.slab_requests);
1897         return -ENOMEM;
1898 }