Merge tag 'armsoc-soc' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/soc/soc
[linux-2.6-microblaze.git] / kernel / locking / rwsem.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /* kernel/rwsem.c: R/W semaphores, public implementation
3  *
4  * Written by David Howells (dhowells@redhat.com).
5  * Derived from asm-i386/semaphore.h
6  *
7  * Writer lock-stealing by Alex Shi <alex.shi@intel.com>
8  * and Michel Lespinasse <walken@google.com>
9  *
10  * Optimistic spinning by Tim Chen <tim.c.chen@intel.com>
11  * and Davidlohr Bueso <davidlohr@hp.com>. Based on mutexes.
12  *
13  * Rwsem count bit fields re-definition and rwsem rearchitecture by
14  * Waiman Long <longman@redhat.com> and
15  * Peter Zijlstra <peterz@infradead.org>.
16  */
17
18 #include <linux/types.h>
19 #include <linux/kernel.h>
20 #include <linux/sched.h>
21 #include <linux/sched/rt.h>
22 #include <linux/sched/task.h>
23 #include <linux/sched/debug.h>
24 #include <linux/sched/wake_q.h>
25 #include <linux/sched/signal.h>
26 #include <linux/sched/clock.h>
27 #include <linux/export.h>
28 #include <linux/rwsem.h>
29 #include <linux/atomic.h>
30
31 #include "rwsem.h"
32 #include "lock_events.h"
33
34 /*
35  * The least significant 3 bits of the owner value has the following
36  * meanings when set.
37  *  - Bit 0: RWSEM_READER_OWNED - The rwsem is owned by readers
38  *  - Bit 1: RWSEM_RD_NONSPINNABLE - Readers cannot spin on this lock.
39  *  - Bit 2: RWSEM_WR_NONSPINNABLE - Writers cannot spin on this lock.
40  *
41  * When the rwsem is either owned by an anonymous writer, or it is
42  * reader-owned, but a spinning writer has timed out, both nonspinnable
43  * bits will be set to disable optimistic spinning by readers and writers.
44  * In the later case, the last unlocking reader should then check the
45  * writer nonspinnable bit and clear it only to give writers preference
46  * to acquire the lock via optimistic spinning, but not readers. Similar
47  * action is also done in the reader slowpath.
48
49  * When a writer acquires a rwsem, it puts its task_struct pointer
50  * into the owner field. It is cleared after an unlock.
51  *
52  * When a reader acquires a rwsem, it will also puts its task_struct
53  * pointer into the owner field with the RWSEM_READER_OWNED bit set.
54  * On unlock, the owner field will largely be left untouched. So
55  * for a free or reader-owned rwsem, the owner value may contain
56  * information about the last reader that acquires the rwsem.
57  *
58  * That information may be helpful in debugging cases where the system
59  * seems to hang on a reader owned rwsem especially if only one reader
60  * is involved. Ideally we would like to track all the readers that own
61  * a rwsem, but the overhead is simply too big.
62  *
63  * Reader optimistic spinning is helpful when the reader critical section
64  * is short and there aren't that many readers around. It makes readers
65  * relatively more preferred than writers. When a writer times out spinning
66  * on a reader-owned lock and set the nospinnable bits, there are two main
67  * reasons for that.
68  *
69  *  1) The reader critical section is long, perhaps the task sleeps after
70  *     acquiring the read lock.
71  *  2) There are just too many readers contending the lock causing it to
72  *     take a while to service all of them.
73  *
74  * In the former case, long reader critical section will impede the progress
75  * of writers which is usually more important for system performance. In
76  * the later case, reader optimistic spinning tends to make the reader
77  * groups that contain readers that acquire the lock together smaller
78  * leading to more of them. That may hurt performance in some cases. In
79  * other words, the setting of nonspinnable bits indicates that reader
80  * optimistic spinning may not be helpful for those workloads that cause
81  * it.
82  *
83  * Therefore, any writers that had observed the setting of the writer
84  * nonspinnable bit for a given rwsem after they fail to acquire the lock
85  * via optimistic spinning will set the reader nonspinnable bit once they
86  * acquire the write lock. Similarly, readers that observe the setting
87  * of reader nonspinnable bit at slowpath entry will set the reader
88  * nonspinnable bits when they acquire the read lock via the wakeup path.
89  *
90  * Once the reader nonspinnable bit is on, it will only be reset when
91  * a writer is able to acquire the rwsem in the fast path or somehow a
92  * reader or writer in the slowpath doesn't observe the nonspinable bit.
93  *
94  * This is to discourage reader optmistic spinning on that particular
95  * rwsem and make writers more preferred. This adaptive disabling of reader
96  * optimistic spinning will alleviate the negative side effect of this
97  * feature.
98  */
99 #define RWSEM_READER_OWNED      (1UL << 0)
100 #define RWSEM_RD_NONSPINNABLE   (1UL << 1)
101 #define RWSEM_WR_NONSPINNABLE   (1UL << 2)
102 #define RWSEM_NONSPINNABLE      (RWSEM_RD_NONSPINNABLE | RWSEM_WR_NONSPINNABLE)
103 #define RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK  (RWSEM_READER_OWNED | RWSEM_NONSPINNABLE)
104
105 #ifdef CONFIG_DEBUG_RWSEMS
106 # define DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(c, sem)   do {                    \
107         if (!debug_locks_silent &&                              \
108             WARN_ONCE(c, "DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(%s): count = 0x%lx, owner = 0x%lx, curr 0x%lx, list %sempty\n",\
109                 #c, atomic_long_read(&(sem)->count),            \
110                 atomic_long_read(&(sem)->owner), (long)current, \
111                 list_empty(&(sem)->wait_list) ? "" : "not "))   \
112                         debug_locks_off();                      \
113         } while (0)
114 #else
115 # define DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(c, sem)
116 #endif
117
118 /*
119  * On 64-bit architectures, the bit definitions of the count are:
120  *
121  * Bit  0    - writer locked bit
122  * Bit  1    - waiters present bit
123  * Bit  2    - lock handoff bit
124  * Bits 3-7  - reserved
125  * Bits 8-62 - 55-bit reader count
126  * Bit  63   - read fail bit
127  *
128  * On 32-bit architectures, the bit definitions of the count are:
129  *
130  * Bit  0    - writer locked bit
131  * Bit  1    - waiters present bit
132  * Bit  2    - lock handoff bit
133  * Bits 3-7  - reserved
134  * Bits 8-30 - 23-bit reader count
135  * Bit  31   - read fail bit
136  *
137  * It is not likely that the most significant bit (read fail bit) will ever
138  * be set. This guard bit is still checked anyway in the down_read() fastpath
139  * just in case we need to use up more of the reader bits for other purpose
140  * in the future.
141  *
142  * atomic_long_fetch_add() is used to obtain reader lock, whereas
143  * atomic_long_cmpxchg() will be used to obtain writer lock.
144  *
145  * There are three places where the lock handoff bit may be set or cleared.
146  * 1) rwsem_mark_wake() for readers.
147  * 2) rwsem_try_write_lock() for writers.
148  * 3) Error path of rwsem_down_write_slowpath().
149  *
150  * For all the above cases, wait_lock will be held. A writer must also
151  * be the first one in the wait_list to be eligible for setting the handoff
152  * bit. So concurrent setting/clearing of handoff bit is not possible.
153  */
154 #define RWSEM_WRITER_LOCKED     (1UL << 0)
155 #define RWSEM_FLAG_WAITERS      (1UL << 1)
156 #define RWSEM_FLAG_HANDOFF      (1UL << 2)
157 #define RWSEM_FLAG_READFAIL     (1UL << (BITS_PER_LONG - 1))
158
159 #define RWSEM_READER_SHIFT      8
160 #define RWSEM_READER_BIAS       (1UL << RWSEM_READER_SHIFT)
161 #define RWSEM_READER_MASK       (~(RWSEM_READER_BIAS - 1))
162 #define RWSEM_WRITER_MASK       RWSEM_WRITER_LOCKED
163 #define RWSEM_LOCK_MASK         (RWSEM_WRITER_MASK|RWSEM_READER_MASK)
164 #define RWSEM_READ_FAILED_MASK  (RWSEM_WRITER_MASK|RWSEM_FLAG_WAITERS|\
165                                  RWSEM_FLAG_HANDOFF|RWSEM_FLAG_READFAIL)
166
167 /*
168  * All writes to owner are protected by WRITE_ONCE() to make sure that
169  * store tearing can't happen as optimistic spinners may read and use
170  * the owner value concurrently without lock. Read from owner, however,
171  * may not need READ_ONCE() as long as the pointer value is only used
172  * for comparison and isn't being dereferenced.
173  */
174 static inline void rwsem_set_owner(struct rw_semaphore *sem)
175 {
176         atomic_long_set(&sem->owner, (long)current);
177 }
178
179 static inline void rwsem_clear_owner(struct rw_semaphore *sem)
180 {
181         atomic_long_set(&sem->owner, 0);
182 }
183
184 /*
185  * Test the flags in the owner field.
186  */
187 static inline bool rwsem_test_oflags(struct rw_semaphore *sem, long flags)
188 {
189         return atomic_long_read(&sem->owner) & flags;
190 }
191
192 /*
193  * The task_struct pointer of the last owning reader will be left in
194  * the owner field.
195  *
196  * Note that the owner value just indicates the task has owned the rwsem
197  * previously, it may not be the real owner or one of the real owners
198  * anymore when that field is examined, so take it with a grain of salt.
199  *
200  * The reader non-spinnable bit is preserved.
201  */
202 static inline void __rwsem_set_reader_owned(struct rw_semaphore *sem,
203                                             struct task_struct *owner)
204 {
205         unsigned long val = (unsigned long)owner | RWSEM_READER_OWNED |
206                 (atomic_long_read(&sem->owner) & RWSEM_RD_NONSPINNABLE);
207
208         atomic_long_set(&sem->owner, val);
209 }
210
211 static inline void rwsem_set_reader_owned(struct rw_semaphore *sem)
212 {
213         __rwsem_set_reader_owned(sem, current);
214 }
215
216 /*
217  * Return true if the rwsem is owned by a reader.
218  */
219 static inline bool is_rwsem_reader_owned(struct rw_semaphore *sem)
220 {
221 #ifdef CONFIG_DEBUG_RWSEMS
222         /*
223          * Check the count to see if it is write-locked.
224          */
225         long count = atomic_long_read(&sem->count);
226
227         if (count & RWSEM_WRITER_MASK)
228                 return false;
229 #endif
230         return rwsem_test_oflags(sem, RWSEM_READER_OWNED);
231 }
232
233 #ifdef CONFIG_DEBUG_RWSEMS
234 /*
235  * With CONFIG_DEBUG_RWSEMS configured, it will make sure that if there
236  * is a task pointer in owner of a reader-owned rwsem, it will be the
237  * real owner or one of the real owners. The only exception is when the
238  * unlock is done by up_read_non_owner().
239  */
240 static inline void rwsem_clear_reader_owned(struct rw_semaphore *sem)
241 {
242         unsigned long val = atomic_long_read(&sem->owner);
243
244         while ((val & ~RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK) == (unsigned long)current) {
245                 if (atomic_long_try_cmpxchg(&sem->owner, &val,
246                                             val & RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK))
247                         return;
248         }
249 }
250 #else
251 static inline void rwsem_clear_reader_owned(struct rw_semaphore *sem)
252 {
253 }
254 #endif
255
256 /*
257  * Set the RWSEM_NONSPINNABLE bits if the RWSEM_READER_OWNED flag
258  * remains set. Otherwise, the operation will be aborted.
259  */
260 static inline void rwsem_set_nonspinnable(struct rw_semaphore *sem)
261 {
262         unsigned long owner = atomic_long_read(&sem->owner);
263
264         do {
265                 if (!(owner & RWSEM_READER_OWNED))
266                         break;
267                 if (owner & RWSEM_NONSPINNABLE)
268                         break;
269         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(&sem->owner, &owner,
270                                           owner | RWSEM_NONSPINNABLE));
271 }
272
273 static inline bool rwsem_read_trylock(struct rw_semaphore *sem)
274 {
275         long cnt = atomic_long_add_return_acquire(RWSEM_READER_BIAS, &sem->count);
276         if (WARN_ON_ONCE(cnt < 0))
277                 rwsem_set_nonspinnable(sem);
278         return !(cnt & RWSEM_READ_FAILED_MASK);
279 }
280
281 /*
282  * Return just the real task structure pointer of the owner
283  */
284 static inline struct task_struct *rwsem_owner(struct rw_semaphore *sem)
285 {
286         return (struct task_struct *)
287                 (atomic_long_read(&sem->owner) & ~RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK);
288 }
289
290 /*
291  * Return the real task structure pointer of the owner and the embedded
292  * flags in the owner. pflags must be non-NULL.
293  */
294 static inline struct task_struct *
295 rwsem_owner_flags(struct rw_semaphore *sem, unsigned long *pflags)
296 {
297         unsigned long owner = atomic_long_read(&sem->owner);
298
299         *pflags = owner & RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK;
300         return (struct task_struct *)(owner & ~RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK);
301 }
302
303 /*
304  * Guide to the rw_semaphore's count field.
305  *
306  * When the RWSEM_WRITER_LOCKED bit in count is set, the lock is owned
307  * by a writer.
308  *
309  * The lock is owned by readers when
310  * (1) the RWSEM_WRITER_LOCKED isn't set in count,
311  * (2) some of the reader bits are set in count, and
312  * (3) the owner field has RWSEM_READ_OWNED bit set.
313  *
314  * Having some reader bits set is not enough to guarantee a readers owned
315  * lock as the readers may be in the process of backing out from the count
316  * and a writer has just released the lock. So another writer may steal
317  * the lock immediately after that.
318  */
319
320 /*
321  * Initialize an rwsem:
322  */
323 void __init_rwsem(struct rw_semaphore *sem, const char *name,
324                   struct lock_class_key *key)
325 {
326 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
327         /*
328          * Make sure we are not reinitializing a held semaphore:
329          */
330         debug_check_no_locks_freed((void *)sem, sizeof(*sem));
331         lockdep_init_map(&sem->dep_map, name, key, 0);
332 #endif
333         atomic_long_set(&sem->count, RWSEM_UNLOCKED_VALUE);
334         raw_spin_lock_init(&sem->wait_lock);
335         INIT_LIST_HEAD(&sem->wait_list);
336         atomic_long_set(&sem->owner, 0L);
337 #ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
338         osq_lock_init(&sem->osq);
339 #endif
340 }
341 EXPORT_SYMBOL(__init_rwsem);
342
343 enum rwsem_waiter_type {
344         RWSEM_WAITING_FOR_WRITE,
345         RWSEM_WAITING_FOR_READ
346 };
347
348 struct rwsem_waiter {
349         struct list_head list;
350         struct task_struct *task;
351         enum rwsem_waiter_type type;
352         unsigned long timeout;
353         unsigned long last_rowner;
354 };
355 #define rwsem_first_waiter(sem) \
356         list_first_entry(&sem->wait_list, struct rwsem_waiter, list)
357
358 enum rwsem_wake_type {
359         RWSEM_WAKE_ANY,         /* Wake whatever's at head of wait list */
360         RWSEM_WAKE_READERS,     /* Wake readers only */
361         RWSEM_WAKE_READ_OWNED   /* Waker thread holds the read lock */
362 };
363
364 enum writer_wait_state {
365         WRITER_NOT_FIRST,       /* Writer is not first in wait list */
366         WRITER_FIRST,           /* Writer is first in wait list     */
367         WRITER_HANDOFF          /* Writer is first & handoff needed */
368 };
369
370 /*
371  * The typical HZ value is either 250 or 1000. So set the minimum waiting
372  * time to at least 4ms or 1 jiffy (if it is higher than 4ms) in the wait
373  * queue before initiating the handoff protocol.
374  */
375 #define RWSEM_WAIT_TIMEOUT      DIV_ROUND_UP(HZ, 250)
376
377 /*
378  * Magic number to batch-wakeup waiting readers, even when writers are
379  * also present in the queue. This both limits the amount of work the
380  * waking thread must do and also prevents any potential counter overflow,
381  * however unlikely.
382  */
383 #define MAX_READERS_WAKEUP      0x100
384
385 /*
386  * handle the lock release when processes blocked on it that can now run
387  * - if we come here from up_xxxx(), then the RWSEM_FLAG_WAITERS bit must
388  *   have been set.
389  * - there must be someone on the queue
390  * - the wait_lock must be held by the caller
391  * - tasks are marked for wakeup, the caller must later invoke wake_up_q()
392  *   to actually wakeup the blocked task(s) and drop the reference count,
393  *   preferably when the wait_lock is released
394  * - woken process blocks are discarded from the list after having task zeroed
395  * - writers are only marked woken if downgrading is false
396  */
397 static void rwsem_mark_wake(struct rw_semaphore *sem,
398                             enum rwsem_wake_type wake_type,
399                             struct wake_q_head *wake_q)
400 {
401         struct rwsem_waiter *waiter, *tmp;
402         long oldcount, woken = 0, adjustment = 0;
403         struct list_head wlist;
404
405         lockdep_assert_held(&sem->wait_lock);
406
407         /*
408          * Take a peek at the queue head waiter such that we can determine
409          * the wakeup(s) to perform.
410          */
411         waiter = rwsem_first_waiter(sem);
412
413         if (waiter->type == RWSEM_WAITING_FOR_WRITE) {
414                 if (wake_type == RWSEM_WAKE_ANY) {
415                         /*
416                          * Mark writer at the front of the queue for wakeup.
417                          * Until the task is actually later awoken later by
418                          * the caller, other writers are able to steal it.
419                          * Readers, on the other hand, will block as they
420                          * will notice the queued writer.
421                          */
422                         wake_q_add(wake_q, waiter->task);
423                         lockevent_inc(rwsem_wake_writer);
424                 }
425
426                 return;
427         }
428
429         /*
430          * No reader wakeup if there are too many of them already.
431          */
432         if (unlikely(atomic_long_read(&sem->count) < 0))
433                 return;
434
435         /*
436          * Writers might steal the lock before we grant it to the next reader.
437          * We prefer to do the first reader grant before counting readers
438          * so we can bail out early if a writer stole the lock.
439          */
440         if (wake_type != RWSEM_WAKE_READ_OWNED) {
441                 struct task_struct *owner;
442
443                 adjustment = RWSEM_READER_BIAS;
444                 oldcount = atomic_long_fetch_add(adjustment, &sem->count);
445                 if (unlikely(oldcount & RWSEM_WRITER_MASK)) {
446                         /*
447                          * When we've been waiting "too" long (for writers
448                          * to give up the lock), request a HANDOFF to
449                          * force the issue.
450                          */
451                         if (!(oldcount & RWSEM_FLAG_HANDOFF) &&
452                             time_after(jiffies, waiter->timeout)) {
453                                 adjustment -= RWSEM_FLAG_HANDOFF;
454                                 lockevent_inc(rwsem_rlock_handoff);
455                         }
456
457                         atomic_long_add(-adjustment, &sem->count);
458                         return;
459                 }
460                 /*
461                  * Set it to reader-owned to give spinners an early
462                  * indication that readers now have the lock.
463                  * The reader nonspinnable bit seen at slowpath entry of
464                  * the reader is copied over.
465                  */
466                 owner = waiter->task;
467                 if (waiter->last_rowner & RWSEM_RD_NONSPINNABLE) {
468                         owner = (void *)((unsigned long)owner | RWSEM_RD_NONSPINNABLE);
469                         lockevent_inc(rwsem_opt_norspin);
470                 }
471                 __rwsem_set_reader_owned(sem, owner);
472         }
473
474         /*
475          * Grant up to MAX_READERS_WAKEUP read locks to all the readers in the
476          * queue. We know that the woken will be at least 1 as we accounted
477          * for above. Note we increment the 'active part' of the count by the
478          * number of readers before waking any processes up.
479          *
480          * This is an adaptation of the phase-fair R/W locks where at the
481          * reader phase (first waiter is a reader), all readers are eligible
482          * to acquire the lock at the same time irrespective of their order
483          * in the queue. The writers acquire the lock according to their
484          * order in the queue.
485          *
486          * We have to do wakeup in 2 passes to prevent the possibility that
487          * the reader count may be decremented before it is incremented. It
488          * is because the to-be-woken waiter may not have slept yet. So it
489          * may see waiter->task got cleared, finish its critical section and
490          * do an unlock before the reader count increment.
491          *
492          * 1) Collect the read-waiters in a separate list, count them and
493          *    fully increment the reader count in rwsem.
494          * 2) For each waiters in the new list, clear waiter->task and
495          *    put them into wake_q to be woken up later.
496          */
497         INIT_LIST_HEAD(&wlist);
498         list_for_each_entry_safe(waiter, tmp, &sem->wait_list, list) {
499                 if (waiter->type == RWSEM_WAITING_FOR_WRITE)
500                         continue;
501
502                 woken++;
503                 list_move_tail(&waiter->list, &wlist);
504
505                 /*
506                  * Limit # of readers that can be woken up per wakeup call.
507                  */
508                 if (woken >= MAX_READERS_WAKEUP)
509                         break;
510         }
511
512         adjustment = woken * RWSEM_READER_BIAS - adjustment;
513         lockevent_cond_inc(rwsem_wake_reader, woken);
514         if (list_empty(&sem->wait_list)) {
515                 /* hit end of list above */
516                 adjustment -= RWSEM_FLAG_WAITERS;
517         }
518
519         /*
520          * When we've woken a reader, we no longer need to force writers
521          * to give up the lock and we can clear HANDOFF.
522          */
523         if (woken && (atomic_long_read(&sem->count) & RWSEM_FLAG_HANDOFF))
524                 adjustment -= RWSEM_FLAG_HANDOFF;
525
526         if (adjustment)
527                 atomic_long_add(adjustment, &sem->count);
528
529         /* 2nd pass */
530         list_for_each_entry_safe(waiter, tmp, &wlist, list) {
531                 struct task_struct *tsk;
532
533                 tsk = waiter->task;
534                 get_task_struct(tsk);
535
536                 /*
537                  * Ensure calling get_task_struct() before setting the reader
538                  * waiter to nil such that rwsem_down_read_slowpath() cannot
539                  * race with do_exit() by always holding a reference count
540                  * to the task to wakeup.
541                  */
542                 smp_store_release(&waiter->task, NULL);
543                 /*
544                  * Ensure issuing the wakeup (either by us or someone else)
545                  * after setting the reader waiter to nil.
546                  */
547                 wake_q_add_safe(wake_q, tsk);
548         }
549 }
550
551 /*
552  * This function must be called with the sem->wait_lock held to prevent
553  * race conditions between checking the rwsem wait list and setting the
554  * sem->count accordingly.
555  *
556  * If wstate is WRITER_HANDOFF, it will make sure that either the handoff
557  * bit is set or the lock is acquired with handoff bit cleared.
558  */
559 static inline bool rwsem_try_write_lock(struct rw_semaphore *sem,
560                                         enum writer_wait_state wstate)
561 {
562         long count, new;
563
564         lockdep_assert_held(&sem->wait_lock);
565
566         count = atomic_long_read(&sem->count);
567         do {
568                 bool has_handoff = !!(count & RWSEM_FLAG_HANDOFF);
569
570                 if (has_handoff && wstate == WRITER_NOT_FIRST)
571                         return false;
572
573                 new = count;
574
575                 if (count & RWSEM_LOCK_MASK) {
576                         if (has_handoff || (wstate != WRITER_HANDOFF))
577                                 return false;
578
579                         new |= RWSEM_FLAG_HANDOFF;
580                 } else {
581                         new |= RWSEM_WRITER_LOCKED;
582                         new &= ~RWSEM_FLAG_HANDOFF;
583
584                         if (list_is_singular(&sem->wait_list))
585                                 new &= ~RWSEM_FLAG_WAITERS;
586                 }
587         } while (!atomic_long_try_cmpxchg_acquire(&sem->count, &count, new));
588
589         /*
590          * We have either acquired the lock with handoff bit cleared or
591          * set the handoff bit.
592          */
593         if (new & RWSEM_FLAG_HANDOFF)
594                 return false;
595
596         rwsem_set_owner(sem);
597         return true;
598 }
599
600 #ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
601 /*
602  * Try to acquire read lock before the reader is put on wait queue.
603  * Lock acquisition isn't allowed if the rwsem is locked or a writer handoff
604  * is ongoing.
605  */
606 static inline bool rwsem_try_read_lock_unqueued(struct rw_semaphore *sem)
607 {
608         long count = atomic_long_read(&sem->count);
609
610         if (count & (RWSEM_WRITER_MASK | RWSEM_FLAG_HANDOFF))
611                 return false;
612
613         count = atomic_long_fetch_add_acquire(RWSEM_READER_BIAS, &sem->count);
614         if (!(count & (RWSEM_WRITER_MASK | RWSEM_FLAG_HANDOFF))) {
615                 rwsem_set_reader_owned(sem);
616                 lockevent_inc(rwsem_opt_rlock);
617                 return true;
618         }
619
620         /* Back out the change */
621         atomic_long_add(-RWSEM_READER_BIAS, &sem->count);
622         return false;
623 }
624
625 /*
626  * Try to acquire write lock before the writer has been put on wait queue.
627  */
628 static inline bool rwsem_try_write_lock_unqueued(struct rw_semaphore *sem)
629 {
630         long count = atomic_long_read(&sem->count);
631
632         while (!(count & (RWSEM_LOCK_MASK|RWSEM_FLAG_HANDOFF))) {
633                 if (atomic_long_try_cmpxchg_acquire(&sem->count, &count,
634                                         count | RWSEM_WRITER_LOCKED)) {
635                         rwsem_set_owner(sem);
636                         lockevent_inc(rwsem_opt_wlock);
637                         return true;
638                 }
639         }
640         return false;
641 }
642
643 static inline bool owner_on_cpu(struct task_struct *owner)
644 {
645         /*
646          * As lock holder preemption issue, we both skip spinning if
647          * task is not on cpu or its cpu is preempted
648          */
649         return owner->on_cpu && !vcpu_is_preempted(task_cpu(owner));
650 }
651
652 static inline bool rwsem_can_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem,
653                                            unsigned long nonspinnable)
654 {
655         struct task_struct *owner;
656         unsigned long flags;
657         bool ret = true;
658
659         BUILD_BUG_ON(!(RWSEM_OWNER_UNKNOWN & RWSEM_NONSPINNABLE));
660
661         if (need_resched()) {
662                 lockevent_inc(rwsem_opt_fail);
663                 return false;
664         }
665
666         preempt_disable();
667         rcu_read_lock();
668         owner = rwsem_owner_flags(sem, &flags);
669         if ((flags & nonspinnable) || (owner && !owner_on_cpu(owner)))
670                 ret = false;
671         rcu_read_unlock();
672         preempt_enable();
673
674         lockevent_cond_inc(rwsem_opt_fail, !ret);
675         return ret;
676 }
677
678 /*
679  * The rwsem_spin_on_owner() function returns the folowing 4 values
680  * depending on the lock owner state.
681  *   OWNER_NULL  : owner is currently NULL
682  *   OWNER_WRITER: when owner changes and is a writer
683  *   OWNER_READER: when owner changes and the new owner may be a reader.
684  *   OWNER_NONSPINNABLE:
685  *                 when optimistic spinning has to stop because either the
686  *                 owner stops running, is unknown, or its timeslice has
687  *                 been used up.
688  */
689 enum owner_state {
690         OWNER_NULL              = 1 << 0,
691         OWNER_WRITER            = 1 << 1,
692         OWNER_READER            = 1 << 2,
693         OWNER_NONSPINNABLE      = 1 << 3,
694 };
695 #define OWNER_SPINNABLE         (OWNER_NULL | OWNER_WRITER | OWNER_READER)
696
697 static inline enum owner_state
698 rwsem_owner_state(struct task_struct *owner, unsigned long flags, unsigned long nonspinnable)
699 {
700         if (flags & nonspinnable)
701                 return OWNER_NONSPINNABLE;
702
703         if (flags & RWSEM_READER_OWNED)
704                 return OWNER_READER;
705
706         return owner ? OWNER_WRITER : OWNER_NULL;
707 }
708
709 static noinline enum owner_state
710 rwsem_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem, unsigned long nonspinnable)
711 {
712         struct task_struct *new, *owner;
713         unsigned long flags, new_flags;
714         enum owner_state state;
715
716         owner = rwsem_owner_flags(sem, &flags);
717         state = rwsem_owner_state(owner, flags, nonspinnable);
718         if (state != OWNER_WRITER)
719                 return state;
720
721         rcu_read_lock();
722         for (;;) {
723                 if (atomic_long_read(&sem->count) & RWSEM_FLAG_HANDOFF) {
724                         state = OWNER_NONSPINNABLE;
725                         break;
726                 }
727
728                 new = rwsem_owner_flags(sem, &new_flags);
729                 if ((new != owner) || (new_flags != flags)) {
730                         state = rwsem_owner_state(new, new_flags, nonspinnable);
731                         break;
732                 }
733
734                 /*
735                  * Ensure we emit the owner->on_cpu, dereference _after_
736                  * checking sem->owner still matches owner, if that fails,
737                  * owner might point to free()d memory, if it still matches,
738                  * the rcu_read_lock() ensures the memory stays valid.
739                  */
740                 barrier();
741
742                 if (need_resched() || !owner_on_cpu(owner)) {
743                         state = OWNER_NONSPINNABLE;
744                         break;
745                 }
746
747                 cpu_relax();
748         }
749         rcu_read_unlock();
750
751         return state;
752 }
753
754 /*
755  * Calculate reader-owned rwsem spinning threshold for writer
756  *
757  * The more readers own the rwsem, the longer it will take for them to
758  * wind down and free the rwsem. So the empirical formula used to
759  * determine the actual spinning time limit here is:
760  *
761  *   Spinning threshold = (10 + nr_readers/2)us
762  *
763  * The limit is capped to a maximum of 25us (30 readers). This is just
764  * a heuristic and is subjected to change in the future.
765  */
766 static inline u64 rwsem_rspin_threshold(struct rw_semaphore *sem)
767 {
768         long count = atomic_long_read(&sem->count);
769         int readers = count >> RWSEM_READER_SHIFT;
770         u64 delta;
771
772         if (readers > 30)
773                 readers = 30;
774         delta = (20 + readers) * NSEC_PER_USEC / 2;
775
776         return sched_clock() + delta;
777 }
778
779 static bool rwsem_optimistic_spin(struct rw_semaphore *sem, bool wlock)
780 {
781         bool taken = false;
782         int prev_owner_state = OWNER_NULL;
783         int loop = 0;
784         u64 rspin_threshold = 0;
785         unsigned long nonspinnable = wlock ? RWSEM_WR_NONSPINNABLE
786                                            : RWSEM_RD_NONSPINNABLE;
787
788         preempt_disable();
789
790         /* sem->wait_lock should not be held when doing optimistic spinning */
791         if (!osq_lock(&sem->osq))
792                 goto done;
793
794         /*
795          * Optimistically spin on the owner field and attempt to acquire the
796          * lock whenever the owner changes. Spinning will be stopped when:
797          *  1) the owning writer isn't running; or
798          *  2) readers own the lock and spinning time has exceeded limit.
799          */
800         for (;;) {
801                 enum owner_state owner_state;
802
803                 owner_state = rwsem_spin_on_owner(sem, nonspinnable);
804                 if (!(owner_state & OWNER_SPINNABLE))
805                         break;
806
807                 /*
808                  * Try to acquire the lock
809                  */
810                 taken = wlock ? rwsem_try_write_lock_unqueued(sem)
811                               : rwsem_try_read_lock_unqueued(sem);
812
813                 if (taken)
814                         break;
815
816                 /*
817                  * Time-based reader-owned rwsem optimistic spinning
818                  */
819                 if (wlock && (owner_state == OWNER_READER)) {
820                         /*
821                          * Re-initialize rspin_threshold every time when
822                          * the owner state changes from non-reader to reader.
823                          * This allows a writer to steal the lock in between
824                          * 2 reader phases and have the threshold reset at
825                          * the beginning of the 2nd reader phase.
826                          */
827                         if (prev_owner_state != OWNER_READER) {
828                                 if (rwsem_test_oflags(sem, nonspinnable))
829                                         break;
830                                 rspin_threshold = rwsem_rspin_threshold(sem);
831                                 loop = 0;
832                         }
833
834                         /*
835                          * Check time threshold once every 16 iterations to
836                          * avoid calling sched_clock() too frequently so
837                          * as to reduce the average latency between the times
838                          * when the lock becomes free and when the spinner
839                          * is ready to do a trylock.
840                          */
841                         else if (!(++loop & 0xf) && (sched_clock() > rspin_threshold)) {
842                                 rwsem_set_nonspinnable(sem);
843                                 lockevent_inc(rwsem_opt_nospin);
844                                 break;
845                         }
846                 }
847
848                 /*
849                  * An RT task cannot do optimistic spinning if it cannot
850                  * be sure the lock holder is running or live-lock may
851                  * happen if the current task and the lock holder happen
852                  * to run in the same CPU. However, aborting optimistic
853                  * spinning while a NULL owner is detected may miss some
854                  * opportunity where spinning can continue without causing
855                  * problem.
856                  *
857                  * There are 2 possible cases where an RT task may be able
858                  * to continue spinning.
859                  *
860                  * 1) The lock owner is in the process of releasing the
861                  *    lock, sem->owner is cleared but the lock has not
862                  *    been released yet.
863                  * 2) The lock was free and owner cleared, but another
864                  *    task just comes in and acquire the lock before
865                  *    we try to get it. The new owner may be a spinnable
866                  *    writer.
867                  *
868                  * To take advantage of two scenarios listed agove, the RT
869                  * task is made to retry one more time to see if it can
870                  * acquire the lock or continue spinning on the new owning
871                  * writer. Of course, if the time lag is long enough or the
872                  * new owner is not a writer or spinnable, the RT task will
873                  * quit spinning.
874                  *
875                  * If the owner is a writer, the need_resched() check is
876                  * done inside rwsem_spin_on_owner(). If the owner is not
877                  * a writer, need_resched() check needs to be done here.
878                  */
879                 if (owner_state != OWNER_WRITER) {
880                         if (need_resched())
881                                 break;
882                         if (rt_task(current) &&
883                            (prev_owner_state != OWNER_WRITER))
884                                 break;
885                 }
886                 prev_owner_state = owner_state;
887
888                 /*
889                  * The cpu_relax() call is a compiler barrier which forces
890                  * everything in this loop to be re-loaded. We don't need
891                  * memory barriers as we'll eventually observe the right
892                  * values at the cost of a few extra spins.
893                  */
894                 cpu_relax();
895         }
896         osq_unlock(&sem->osq);
897 done:
898         preempt_enable();
899         lockevent_cond_inc(rwsem_opt_fail, !taken);
900         return taken;
901 }
902
903 /*
904  * Clear the owner's RWSEM_WR_NONSPINNABLE bit if it is set. This should
905  * only be called when the reader count reaches 0.
906  *
907  * This give writers better chance to acquire the rwsem first before
908  * readers when the rwsem was being held by readers for a relatively long
909  * period of time. Race can happen that an optimistic spinner may have
910  * just stolen the rwsem and set the owner, but just clearing the
911  * RWSEM_WR_NONSPINNABLE bit will do no harm anyway.
912  */
913 static inline void clear_wr_nonspinnable(struct rw_semaphore *sem)
914 {
915         if (rwsem_test_oflags(sem, RWSEM_WR_NONSPINNABLE))
916                 atomic_long_andnot(RWSEM_WR_NONSPINNABLE, &sem->owner);
917 }
918
919 /*
920  * This function is called when the reader fails to acquire the lock via
921  * optimistic spinning. In this case we will still attempt to do a trylock
922  * when comparing the rwsem state right now with the state when entering
923  * the slowpath indicates that the reader is still in a valid reader phase.
924  * This happens when the following conditions are true:
925  *
926  * 1) The lock is currently reader owned, and
927  * 2) The lock is previously not reader-owned or the last read owner changes.
928  *
929  * In the former case, we have transitioned from a writer phase to a
930  * reader-phase while spinning. In the latter case, it means the reader
931  * phase hasn't ended when we entered the optimistic spinning loop. In
932  * both cases, the reader is eligible to acquire the lock. This is the
933  * secondary path where a read lock is acquired optimistically.
934  *
935  * The reader non-spinnable bit wasn't set at time of entry or it will
936  * not be here at all.
937  */
938 static inline bool rwsem_reader_phase_trylock(struct rw_semaphore *sem,
939                                               unsigned long last_rowner)
940 {
941         unsigned long owner = atomic_long_read(&sem->owner);
942
943         if (!(owner & RWSEM_READER_OWNED))
944                 return false;
945
946         if (((owner ^ last_rowner) & ~RWSEM_OWNER_FLAGS_MASK) &&
947             rwsem_try_read_lock_unqueued(sem)) {
948                 lockevent_inc(rwsem_opt_rlock2);
949                 lockevent_add(rwsem_opt_fail, -1);
950                 return true;
951         }
952         return false;
953 }
954 #else
955 static inline bool rwsem_can_spin_on_owner(struct rw_semaphore *sem,
956                                            unsigned long nonspinnable)
957 {
958         return false;
959 }
960
961 static inline bool rwsem_optimistic_spin(struct rw_semaphore *sem, bool wlock)
962 {
963         return false;
964 }
965
966 static inline void clear_wr_nonspinnable(struct rw_semaphore *sem) { }
967
968 static inline bool rwsem_reader_phase_trylock(struct rw_semaphore *sem,
969                                               unsigned long last_rowner)
970 {
971         return false;
972 }
973 #endif
974
975 /*
976  * Wait for the read lock to be granted
977  */
978 static struct rw_semaphore __sched *
979 rwsem_down_read_slowpath(struct rw_semaphore *sem, int state)
980 {
981         long count, adjustment = -RWSEM_READER_BIAS;
982         struct rwsem_waiter waiter;
983         DEFINE_WAKE_Q(wake_q);
984         bool wake = false;
985
986         /*
987          * Save the current read-owner of rwsem, if available, and the
988          * reader nonspinnable bit.
989          */
990         waiter.last_rowner = atomic_long_read(&sem->owner);
991         if (!(waiter.last_rowner & RWSEM_READER_OWNED))
992                 waiter.last_rowner &= RWSEM_RD_NONSPINNABLE;
993
994         if (!rwsem_can_spin_on_owner(sem, RWSEM_RD_NONSPINNABLE))
995                 goto queue;
996
997         /*
998          * Undo read bias from down_read() and do optimistic spinning.
999          */
1000         atomic_long_add(-RWSEM_READER_BIAS, &sem->count);
1001         adjustment = 0;
1002         if (rwsem_optimistic_spin(sem, false)) {
1003                 /*
1004                  * Wake up other readers in the wait list if the front
1005                  * waiter is a reader.
1006                  */
1007                 if ((atomic_long_read(&sem->count) & RWSEM_FLAG_WAITERS)) {
1008                         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1009                         if (!list_empty(&sem->wait_list))
1010                                 rwsem_mark_wake(sem, RWSEM_WAKE_READ_OWNED,
1011                                                 &wake_q);
1012                         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1013                         wake_up_q(&wake_q);
1014                 }
1015                 return sem;
1016         } else if (rwsem_reader_phase_trylock(sem, waiter.last_rowner)) {
1017                 return sem;
1018         }
1019
1020 queue:
1021         waiter.task = current;
1022         waiter.type = RWSEM_WAITING_FOR_READ;
1023         waiter.timeout = jiffies + RWSEM_WAIT_TIMEOUT;
1024
1025         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1026         if (list_empty(&sem->wait_list)) {
1027                 /*
1028                  * In case the wait queue is empty and the lock isn't owned
1029                  * by a writer or has the handoff bit set, this reader can
1030                  * exit the slowpath and return immediately as its
1031                  * RWSEM_READER_BIAS has already been set in the count.
1032                  */
1033                 if (adjustment && !(atomic_long_read(&sem->count) &
1034                      (RWSEM_WRITER_MASK | RWSEM_FLAG_HANDOFF))) {
1035                         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1036                         rwsem_set_reader_owned(sem);
1037                         lockevent_inc(rwsem_rlock_fast);
1038                         return sem;
1039                 }
1040                 adjustment += RWSEM_FLAG_WAITERS;
1041         }
1042         list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
1043
1044         /* we're now waiting on the lock, but no longer actively locking */
1045         if (adjustment)
1046                 count = atomic_long_add_return(adjustment, &sem->count);
1047         else
1048                 count = atomic_long_read(&sem->count);
1049
1050         /*
1051          * If there are no active locks, wake the front queued process(es).
1052          *
1053          * If there are no writers and we are first in the queue,
1054          * wake our own waiter to join the existing active readers !
1055          */
1056         if (!(count & RWSEM_LOCK_MASK)) {
1057                 clear_wr_nonspinnable(sem);
1058                 wake = true;
1059         }
1060         if (wake || (!(count & RWSEM_WRITER_MASK) &&
1061                     (adjustment & RWSEM_FLAG_WAITERS)))
1062                 rwsem_mark_wake(sem, RWSEM_WAKE_ANY, &wake_q);
1063
1064         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1065         wake_up_q(&wake_q);
1066
1067         /* wait to be given the lock */
1068         while (true) {
1069                 set_current_state(state);
1070                 if (!waiter.task)
1071                         break;
1072                 if (signal_pending_state(state, current)) {
1073                         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1074                         if (waiter.task)
1075                                 goto out_nolock;
1076                         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1077                         break;
1078                 }
1079                 schedule();
1080                 lockevent_inc(rwsem_sleep_reader);
1081         }
1082
1083         __set_current_state(TASK_RUNNING);
1084         lockevent_inc(rwsem_rlock);
1085         return sem;
1086 out_nolock:
1087         list_del(&waiter.list);
1088         if (list_empty(&sem->wait_list)) {
1089                 atomic_long_andnot(RWSEM_FLAG_WAITERS|RWSEM_FLAG_HANDOFF,
1090                                    &sem->count);
1091         }
1092         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1093         __set_current_state(TASK_RUNNING);
1094         lockevent_inc(rwsem_rlock_fail);
1095         return ERR_PTR(-EINTR);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * This function is called by the a write lock owner. So the owner value
1100  * won't get changed by others.
1101  */
1102 static inline void rwsem_disable_reader_optspin(struct rw_semaphore *sem,
1103                                                 bool disable)
1104 {
1105         if (unlikely(disable)) {
1106                 atomic_long_or(RWSEM_RD_NONSPINNABLE, &sem->owner);
1107                 lockevent_inc(rwsem_opt_norspin);
1108         }
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Wait until we successfully acquire the write lock
1113  */
1114 static struct rw_semaphore *
1115 rwsem_down_write_slowpath(struct rw_semaphore *sem, int state)
1116 {
1117         long count;
1118         bool disable_rspin;
1119         enum writer_wait_state wstate;
1120         struct rwsem_waiter waiter;
1121         struct rw_semaphore *ret = sem;
1122         DEFINE_WAKE_Q(wake_q);
1123
1124         /* do optimistic spinning and steal lock if possible */
1125         if (rwsem_can_spin_on_owner(sem, RWSEM_WR_NONSPINNABLE) &&
1126             rwsem_optimistic_spin(sem, true))
1127                 return sem;
1128
1129         /*
1130          * Disable reader optimistic spinning for this rwsem after
1131          * acquiring the write lock when the setting of the nonspinnable
1132          * bits are observed.
1133          */
1134         disable_rspin = atomic_long_read(&sem->owner) & RWSEM_NONSPINNABLE;
1135
1136         /*
1137          * Optimistic spinning failed, proceed to the slowpath
1138          * and block until we can acquire the sem.
1139          */
1140         waiter.task = current;
1141         waiter.type = RWSEM_WAITING_FOR_WRITE;
1142         waiter.timeout = jiffies + RWSEM_WAIT_TIMEOUT;
1143
1144         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1145
1146         /* account for this before adding a new element to the list */
1147         wstate = list_empty(&sem->wait_list) ? WRITER_FIRST : WRITER_NOT_FIRST;
1148
1149         list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
1150
1151         /* we're now waiting on the lock */
1152         if (wstate == WRITER_NOT_FIRST) {
1153                 count = atomic_long_read(&sem->count);
1154
1155                 /*
1156                  * If there were already threads queued before us and:
1157                  *  1) there are no no active locks, wake the front
1158                  *     queued process(es) as the handoff bit might be set.
1159                  *  2) there are no active writers and some readers, the lock
1160                  *     must be read owned; so we try to wake any read lock
1161                  *     waiters that were queued ahead of us.
1162                  */
1163                 if (count & RWSEM_WRITER_MASK)
1164                         goto wait;
1165
1166                 rwsem_mark_wake(sem, (count & RWSEM_READER_MASK)
1167                                         ? RWSEM_WAKE_READERS
1168                                         : RWSEM_WAKE_ANY, &wake_q);
1169
1170                 if (!wake_q_empty(&wake_q)) {
1171                         /*
1172                          * We want to minimize wait_lock hold time especially
1173                          * when a large number of readers are to be woken up.
1174                          */
1175                         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1176                         wake_up_q(&wake_q);
1177                         wake_q_init(&wake_q);   /* Used again, reinit */
1178                         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1179                 }
1180         } else {
1181                 atomic_long_or(RWSEM_FLAG_WAITERS, &sem->count);
1182         }
1183
1184 wait:
1185         /* wait until we successfully acquire the lock */
1186         set_current_state(state);
1187         while (true) {
1188                 if (rwsem_try_write_lock(sem, wstate))
1189                         break;
1190
1191                 raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1192
1193                 /* Block until there are no active lockers. */
1194                 for (;;) {
1195                         if (signal_pending_state(state, current))
1196                                 goto out_nolock;
1197
1198                         schedule();
1199                         lockevent_inc(rwsem_sleep_writer);
1200                         set_current_state(state);
1201                         /*
1202                          * If HANDOFF bit is set, unconditionally do
1203                          * a trylock.
1204                          */
1205                         if (wstate == WRITER_HANDOFF)
1206                                 break;
1207
1208                         if ((wstate == WRITER_NOT_FIRST) &&
1209                             (rwsem_first_waiter(sem) == &waiter))
1210                                 wstate = WRITER_FIRST;
1211
1212                         count = atomic_long_read(&sem->count);
1213                         if (!(count & RWSEM_LOCK_MASK))
1214                                 break;
1215
1216                         /*
1217                          * The setting of the handoff bit is deferred
1218                          * until rwsem_try_write_lock() is called.
1219                          */
1220                         if ((wstate == WRITER_FIRST) && (rt_task(current) ||
1221                             time_after(jiffies, waiter.timeout))) {
1222                                 wstate = WRITER_HANDOFF;
1223                                 lockevent_inc(rwsem_wlock_handoff);
1224                                 break;
1225                         }
1226                 }
1227
1228                 raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1229         }
1230         __set_current_state(TASK_RUNNING);
1231         list_del(&waiter.list);
1232         rwsem_disable_reader_optspin(sem, disable_rspin);
1233         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1234         lockevent_inc(rwsem_wlock);
1235
1236         return ret;
1237
1238 out_nolock:
1239         __set_current_state(TASK_RUNNING);
1240         raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
1241         list_del(&waiter.list);
1242
1243         if (unlikely(wstate == WRITER_HANDOFF))
1244                 atomic_long_add(-RWSEM_FLAG_HANDOFF,  &sem->count);
1245
1246         if (list_empty(&sem->wait_list))
1247                 atomic_long_andnot(RWSEM_FLAG_WAITERS, &sem->count);
1248         else
1249                 rwsem_mark_wake(sem, RWSEM_WAKE_ANY, &wake_q);
1250         raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
1251         wake_up_q(&wake_q);
1252         lockevent_inc(rwsem_wlock_fail);
1253
1254         return ERR_PTR(-EINTR);
1255 }
1256
1257 /*
1258  * handle waking up a waiter on the semaphore
1259  * - up_read/up_write has decremented the active part of count if we come here
1260  */
1261 static struct rw_semaphore *rwsem_wake(struct rw_semaphore *sem, long count)
1262 {
1263         unsigned long flags;
1264         DEFINE_WAKE_Q(wake_q);
1265
1266         raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
1267
1268         if (!list_empty(&sem->wait_list))
1269                 rwsem_mark_wake(sem, RWSEM_WAKE_ANY, &wake_q);
1270
1271         raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
1272         wake_up_q(&wake_q);
1273
1274         return sem;
1275 }
1276
1277 /*
1278  * downgrade a write lock into a read lock
1279  * - caller incremented waiting part of count and discovered it still negative
1280  * - just wake up any readers at the front of the queue
1281  */
1282 static struct rw_semaphore *rwsem_downgrade_wake(struct rw_semaphore *sem)
1283 {
1284         unsigned long flags;
1285         DEFINE_WAKE_Q(wake_q);
1286
1287         raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
1288
1289         if (!list_empty(&sem->wait_list))
1290                 rwsem_mark_wake(sem, RWSEM_WAKE_READ_OWNED, &wake_q);
1291
1292         raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
1293         wake_up_q(&wake_q);
1294
1295         return sem;
1296 }
1297
1298 /*
1299  * lock for reading
1300  */
1301 inline void __down_read(struct rw_semaphore *sem)
1302 {
1303         if (!rwsem_read_trylock(sem)) {
1304                 rwsem_down_read_slowpath(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1305                 DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(!is_rwsem_reader_owned(sem), sem);
1306         } else {
1307                 rwsem_set_reader_owned(sem);
1308         }
1309 }
1310
1311 static inline int __down_read_killable(struct rw_semaphore *sem)
1312 {
1313         if (!rwsem_read_trylock(sem)) {
1314                 if (IS_ERR(rwsem_down_read_slowpath(sem, TASK_KILLABLE)))
1315                         return -EINTR;
1316                 DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(!is_rwsem_reader_owned(sem), sem);
1317         } else {
1318                 rwsem_set_reader_owned(sem);
1319         }
1320         return 0;
1321 }
1322
1323 static inline int __down_read_trylock(struct rw_semaphore *sem)
1324 {
1325         /*
1326          * Optimize for the case when the rwsem is not locked at all.
1327          */
1328         long tmp = RWSEM_UNLOCKED_VALUE;
1329
1330         do {
1331                 if (atomic_long_try_cmpxchg_acquire(&sem->count, &tmp,
1332                                         tmp + RWSEM_READER_BIAS)) {
1333                         rwsem_set_reader_owned(sem);
1334                         return 1;
1335                 }
1336         } while (!(tmp & RWSEM_READ_FAILED_MASK));
1337         return 0;
1338 }
1339
1340 /*
1341  * lock for writing
1342  */
1343 static inline void __down_write(struct rw_semaphore *sem)
1344 {
1345         long tmp = RWSEM_UNLOCKED_VALUE;
1346
1347         if (unlikely(!atomic_long_try_cmpxchg_acquire(&sem->count, &tmp,
1348                                                       RWSEM_WRITER_LOCKED)))
1349                 rwsem_down_write_slowpath(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1350         else
1351                 rwsem_set_owner(sem);
1352 }
1353
1354 static inline int __down_write_killable(struct rw_semaphore *sem)
1355 {
1356         long tmp = RWSEM_UNLOCKED_VALUE;
1357
1358         if (unlikely(!atomic_long_try_cmpxchg_acquire(&sem->count, &tmp,
1359                                                       RWSEM_WRITER_LOCKED))) {
1360                 if (IS_ERR(rwsem_down_write_slowpath(sem, TASK_KILLABLE)))
1361                         return -EINTR;
1362         } else {
1363                 rwsem_set_owner(sem);
1364         }
1365         return 0;
1366 }
1367
1368 static inline int __down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem)
1369 {
1370         long tmp = RWSEM_UNLOCKED_VALUE;
1371
1372         if (atomic_long_try_cmpxchg_acquire(&sem->count, &tmp,
1373                                             RWSEM_WRITER_LOCKED)) {
1374                 rwsem_set_owner(sem);
1375                 return true;
1376         }
1377         return false;
1378 }
1379
1380 /*
1381  * unlock after reading
1382  */
1383 inline void __up_read(struct rw_semaphore *sem)
1384 {
1385         long tmp;
1386
1387         DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(!is_rwsem_reader_owned(sem), sem);
1388         rwsem_clear_reader_owned(sem);
1389         tmp = atomic_long_add_return_release(-RWSEM_READER_BIAS, &sem->count);
1390         DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(tmp < 0, sem);
1391         if (unlikely((tmp & (RWSEM_LOCK_MASK|RWSEM_FLAG_WAITERS)) ==
1392                       RWSEM_FLAG_WAITERS)) {
1393                 clear_wr_nonspinnable(sem);
1394                 rwsem_wake(sem, tmp);
1395         }
1396 }
1397
1398 /*
1399  * unlock after writing
1400  */
1401 static inline void __up_write(struct rw_semaphore *sem)
1402 {
1403         long tmp;
1404
1405         /*
1406          * sem->owner may differ from current if the ownership is transferred
1407          * to an anonymous writer by setting the RWSEM_NONSPINNABLE bits.
1408          */
1409         DEBUG_RWSEMS_WARN_ON((rwsem_owner(sem) != current) &&
1410                             !rwsem_test_oflags(sem, RWSEM_NONSPINNABLE), sem);
1411         rwsem_clear_owner(sem);
1412         tmp = atomic_long_fetch_add_release(-RWSEM_WRITER_LOCKED, &sem->count);
1413         if (unlikely(tmp & RWSEM_FLAG_WAITERS))
1414                 rwsem_wake(sem, tmp);
1415 }
1416
1417 /*
1418  * downgrade write lock to read lock
1419  */
1420 static inline void __downgrade_write(struct rw_semaphore *sem)
1421 {
1422         long tmp;
1423
1424         /*
1425          * When downgrading from exclusive to shared ownership,
1426          * anything inside the write-locked region cannot leak
1427          * into the read side. In contrast, anything in the
1428          * read-locked region is ok to be re-ordered into the
1429          * write side. As such, rely on RELEASE semantics.
1430          */
1431         DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(rwsem_owner(sem) != current, sem);
1432         tmp = atomic_long_fetch_add_release(
1433                 -RWSEM_WRITER_LOCKED+RWSEM_READER_BIAS, &sem->count);
1434         rwsem_set_reader_owned(sem);
1435         if (tmp & RWSEM_FLAG_WAITERS)
1436                 rwsem_downgrade_wake(sem);
1437 }
1438
1439 /*
1440  * lock for reading
1441  */
1442 void __sched down_read(struct rw_semaphore *sem)
1443 {
1444         might_sleep();
1445         rwsem_acquire_read(&sem->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
1446
1447         LOCK_CONTENDED(sem, __down_read_trylock, __down_read);
1448 }
1449 EXPORT_SYMBOL(down_read);
1450
1451 int __sched down_read_killable(struct rw_semaphore *sem)
1452 {
1453         might_sleep();
1454         rwsem_acquire_read(&sem->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
1455
1456         if (LOCK_CONTENDED_RETURN(sem, __down_read_trylock, __down_read_killable)) {
1457                 rwsem_release(&sem->dep_map, 1, _RET_IP_);
1458                 return -EINTR;
1459         }
1460
1461         return 0;
1462 }
1463 EXPORT_SYMBOL(down_read_killable);
1464
1465 /*
1466  * trylock for reading -- returns 1 if successful, 0 if contention
1467  */
1468 int down_read_trylock(struct rw_semaphore *sem)
1469 {
1470         int ret = __down_read_trylock(sem);
1471
1472         if (ret == 1)
1473                 rwsem_acquire_read(&sem->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
1474         return ret;
1475 }
1476 EXPORT_SYMBOL(down_read_trylock);
1477
1478 /*
1479  * lock for writing
1480  */
1481 void __sched down_write(struct rw_semaphore *sem)
1482 {
1483         might_sleep();
1484         rwsem_acquire(&sem->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
1485         LOCK_CONTENDED(sem, __down_write_trylock, __down_write);
1486 }
1487 EXPORT_SYMBOL(down_write);
1488
1489 /*
1490  * lock for writing
1491  */
1492 int __sched down_write_killable(struct rw_semaphore *sem)
1493 {
1494         might_sleep();
1495         rwsem_acquire(&sem->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
1496
1497         if (LOCK_CONTENDED_RETURN(sem, __down_write_trylock,
1498                                   __down_write_killable)) {
1499                 rwsem_release(&sem->dep_map, 1, _RET_IP_);
1500                 return -EINTR;
1501         }
1502
1503         return 0;
1504 }
1505 EXPORT_SYMBOL(down_write_killable);
1506
1507 /*
1508  * trylock for writing -- returns 1 if successful, 0 if contention
1509  */
1510 int down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem)
1511 {
1512         int ret = __down_write_trylock(sem);
1513
1514         if (ret == 1)
1515                 rwsem_acquire(&sem->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
1516
1517         return ret;
1518 }
1519 EXPORT_SYMBOL(down_write_trylock);
1520
1521 /*
1522  * release a read lock
1523  */
1524 void up_read(struct rw_semaphore *sem)
1525 {
1526         rwsem_release(&sem->dep_map, 1, _RET_IP_);
1527         __up_read(sem);
1528 }
1529 EXPORT_SYMBOL(up_read);
1530
1531 /*
1532  * release a write lock
1533  */
1534 void up_write(struct rw_semaphore *sem)
1535 {
1536         rwsem_release(&sem->dep_map, 1, _RET_IP_);
1537         __up_write(sem);
1538 }
1539 EXPORT_SYMBOL(up_write);
1540
1541 /*
1542  * downgrade write lock to read lock
1543  */
1544 void downgrade_write(struct rw_semaphore *sem)
1545 {
1546         lock_downgrade(&sem->dep_map, _RET_IP_);
1547         __downgrade_write(sem);
1548 }
1549 EXPORT_SYMBOL(downgrade_write);
1550
1551 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
1552
1553 void down_read_nested(struct rw_semaphore *sem, int subclass)
1554 {
1555         might_sleep();
1556         rwsem_acquire_read(&sem->dep_map, subclass, 0, _RET_IP_);
1557         LOCK_CONTENDED(sem, __down_read_trylock, __down_read);
1558 }
1559 EXPORT_SYMBOL(down_read_nested);
1560
1561 void _down_write_nest_lock(struct rw_semaphore *sem, struct lockdep_map *nest)
1562 {
1563         might_sleep();
1564         rwsem_acquire_nest(&sem->dep_map, 0, 0, nest, _RET_IP_);
1565         LOCK_CONTENDED(sem, __down_write_trylock, __down_write);
1566 }
1567 EXPORT_SYMBOL(_down_write_nest_lock);
1568
1569 void down_read_non_owner(struct rw_semaphore *sem)
1570 {
1571         might_sleep();
1572         __down_read(sem);
1573         __rwsem_set_reader_owned(sem, NULL);
1574 }
1575 EXPORT_SYMBOL(down_read_non_owner);
1576
1577 void down_write_nested(struct rw_semaphore *sem, int subclass)
1578 {
1579         might_sleep();
1580         rwsem_acquire(&sem->dep_map, subclass, 0, _RET_IP_);
1581         LOCK_CONTENDED(sem, __down_write_trylock, __down_write);
1582 }
1583 EXPORT_SYMBOL(down_write_nested);
1584
1585 int __sched down_write_killable_nested(struct rw_semaphore *sem, int subclass)
1586 {
1587         might_sleep();
1588         rwsem_acquire(&sem->dep_map, subclass, 0, _RET_IP_);
1589
1590         if (LOCK_CONTENDED_RETURN(sem, __down_write_trylock,
1591                                   __down_write_killable)) {
1592                 rwsem_release(&sem->dep_map, 1, _RET_IP_);
1593                 return -EINTR;
1594         }
1595
1596         return 0;
1597 }
1598 EXPORT_SYMBOL(down_write_killable_nested);
1599
1600 void up_read_non_owner(struct rw_semaphore *sem)
1601 {
1602         DEBUG_RWSEMS_WARN_ON(!is_rwsem_reader_owned(sem), sem);
1603         __up_read(sem);
1604 }
1605 EXPORT_SYMBOL(up_read_non_owner);
1606
1607 #endif