include/linux/ww_mutex.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 /*
   3  * Wound/Wait Mutexes: blocking mutual exclusion locks with deadlock avoidance
   4  *
   5  * Original mutex implementation started by Ingo Molnar:
   6  *
   7  *  Copyright (C) 2004, 2005, 2006 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <[email protected]>
   8  *
   9  * Wait/Die implementation:
  10  *  Copyright (C) 2013 Canonical Ltd.
  11  * Choice of algorithm:
  12  *  Copyright (C) 2018 WMWare Inc.
  13  *
  14  * This file contains the main data structure and API definitions.
  15  */
  16
  17 #ifndef __LINUX_WW_MUTEX_H
  18 #define __LINUX_WW_MUTEX_H
  19
  20 #include <linux/mutex.h>
  21
  22 struct ww_class {
  23         atomic_long_t stamp;
  24         struct lock_class_key acquire_key;
  25         struct lock_class_key mutex_key;
  26         const char *acquire_name;
  27         const char *mutex_name;
  28         unsigned int is_wait_die;
  29 };
  30
  31 struct ww_acquire_ctx {
  32         struct task_struct *task;
  33         unsigned long stamp;
  34         unsigned int acquired;
  35         unsigned short wounded;
  36         unsigned short is_wait_die;
  37 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
  38         unsigned int done_acquire;
  39         struct ww_class *ww_class;
  40         struct ww_mutex *contending_lock;
  41 #endif
  42 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
  43         struct lockdep_map dep_map;
  44 #endif
  45 #ifdef CONFIG_DEBUG_WW_MUTEX_SLOWPATH
  46         unsigned int deadlock_inject_interval;
  47         unsigned int deadlock_inject_countdown;
  48 #endif
  49 };
  50
  51 #define __WW_CLASS_INITIALIZER(ww_class, _is_wait_die)      \
  52                 { .stamp = ATOMIC_LONG_INIT(0) \
  53                 , .acquire_name = #ww_class "_acquire" \
  54                 , .mutex_name = #ww_class "_mutex" \
  55                 , .is_wait_die = _is_wait_die }
  56
  57 #define DEFINE_WD_CLASS(classname) \
  58         struct ww_class classname = __WW_CLASS_INITIALIZER(classname, 1)
  59
  60 #define DEFINE_WW_CLASS(classname) \
  61         struct ww_class classname = __WW_CLASS_INITIALIZER(classname, 0)
  62
  63 /**
  64  * ww_mutex_init - initialize the w/w mutex
  65  * @lock: the mutex to be initialized
  66  * @ww_class: the w/w class the mutex should belong to
  67  *
  68  * Initialize the w/w mutex to unlocked state and associate it with the given
  69  * class. Static define macro for w/w mutex is not provided and this function
  70  * is the only way to properly initialize the w/w mutex.
  71  *
  72  * It is not allowed to initialize an already locked mutex.
  73  */
  74 static inline void ww_mutex_init(struct ww_mutex *lock,
  75                                  struct ww_class *ww_class)
  76 {
  77         __mutex_init(&lock->base, ww_class->mutex_name, &ww_class->mutex_key);
  78         lock->ctx = NULL;
  79 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
  80         lock->ww_class = ww_class;
  81 #endif
  82 }
  83
  84 /**
  85  * ww_acquire_init - initialize a w/w acquire context
  86  * @ctx: w/w acquire context to initialize
  87  * @ww_class: w/w class of the context
  88  *
  89  * Initializes an context to acquire multiple mutexes of the given w/w class.
  90  *
  91  * Context-based w/w mutex acquiring can be done in any order whatsoever within
  92  * a given lock class. Deadlocks will be detected and handled with the
  93  * wait/die logic.
  94  *
  95  * Mixing of context-based w/w mutex acquiring and single w/w mutex locking can
  96  * result in undetected deadlocks and is so forbidden. Mixing different contexts
  97  * for the same w/w class when acquiring mutexes can also result in undetected
  98  * deadlocks, and is hence also forbidden. Both types of abuse will be caught by
  99  * enabling CONFIG_PROVE_LOCKING.
 100  *
 101  * Nesting of acquire contexts for _different_ w/w classes is possible, subject
 102  * to the usual locking rules between different lock classes.
 103  *
 104  * An acquire context must be released with ww_acquire_fini by the same task
 105  * before the memory is freed. It is recommended to allocate the context itself
 106  * on the stack.
 107  */
 108 static inline void ww_acquire_init(struct ww_acquire_ctx *ctx,
 109                                    struct ww_class *ww_class)
 110 {
 111         ctx->task = current;
 112         ctx->stamp = atomic_long_inc_return_relaxed(&ww_class->stamp);
 113         ctx->acquired = 0;
 114         ctx->wounded = false;
 115         ctx->is_wait_die = ww_class->is_wait_die;
 116 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
 117         ctx->ww_class = ww_class;
 118         ctx->done_acquire = 0;
 119         ctx->contending_lock = NULL;
 120 #endif
 121 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
 122         debug_check_no_locks_freed((void *)ctx, sizeof(*ctx));
 123         lockdep_init_map(&ctx->dep_map, ww_class->acquire_name,
 124                          &ww_class->acquire_key, 0);
 125         mutex_acquire(&ctx->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
 126 #endif
 127 #ifdef CONFIG_DEBUG_WW_MUTEX_SLOWPATH
 128         ctx->deadlock_inject_interval = 1;
 129         ctx->deadlock_inject_countdown = ctx->stamp & 0xf;
 130 #endif
 131 }
 132
 133 /**
 134  * ww_acquire_done - marks the end of the acquire phase
 135  * @ctx: the acquire context
 136  *
 137  * Marks the end of the acquire phase, any further w/w mutex lock calls using
 138  * this context are forbidden.
 139  *
 140  * Calling this function is optional, it is just useful to document w/w mutex
 141  * code and clearly designated the acquire phase from actually using the locked
 142  * data structures.
 143  */
 144 static inline void ww_acquire_done(struct ww_acquire_ctx *ctx)
 145 {
 146 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
 147         lockdep_assert_held(ctx);
 148
 149         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ctx->done_acquire);
 150         ctx->done_acquire = 1;
 151 #endif
 152 }
 153
 154 /**
 155  * ww_acquire_fini - releases a w/w acquire context
 156  * @ctx: the acquire context to free
 157  *
 158  * Releases a w/w acquire context. This must be called _after_ all acquired w/w
 159  * mutexes have been released with ww_mutex_unlock.
 160  */
 161 static inline void ww_acquire_fini(struct ww_acquire_ctx *ctx)
 162 {
 163 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
 164         mutex_release(&ctx->dep_map, _THIS_IP_);
 165 #endif
 166 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
 167         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ctx->acquired);
 168         if (!IS_ENABLED(CONFIG_PROVE_LOCKING))
 169                 /*
 170                  * lockdep will normally handle this,
 171                  * but fail without anyway
 172                  */
 173                 ctx->done_acquire = 1;
 174
 175         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC))
 176                 /* ensure ww_acquire_fini will still fail if called twice */
 177                 ctx->acquired = ~0U;
 178 #endif
 179 }
 180
 181 /**
 182  * ww_mutex_lock - acquire the w/w mutex
 183  * @lock: the mutex to be acquired
 184  * @ctx: w/w acquire context, or NULL to acquire only a single lock.
 185  *
 186  * Lock the w/w mutex exclusively for this task.
 187  *
 188  * Deadlocks within a given w/w class of locks are detected and handled with the
 189  * wait/die algorithm. If the lock isn't immediately available this function
 190  * will either sleep until it is (wait case). Or it selects the current context
 191  * for backing off by returning -EDEADLK (die case). Trying to acquire the
 192  * same lock with the same context twice is also detected and signalled by
 193  * returning -EALREADY. Returns 0 if the mutex was successfully acquired.
 194  *
 195  * In the die case the caller must release all currently held w/w mutexes for
 196  * the given context and then wait for this contending lock to be available by
 197  * calling ww_mutex_lock_slow. Alternatively callers can opt to not acquire this
 198  * lock and proceed with trying to acquire further w/w mutexes (e.g. when
 199  * scanning through lru lists trying to free resources).
 200  *
 201  * The mutex must later on be released by the same task that
 202  * acquired it. The task may not exit without first unlocking the mutex. Also,
 203  * kernel memory where the mutex resides must not be freed with the mutex still
 204  * locked. The mutex must first be initialized (or statically defined) before it
 205  * can be locked. memset()-ing the mutex to 0 is not allowed. The mutex must be
 206  * of the same w/w lock class as was used to initialize the acquire context.
 207  *
 208  * A mutex acquired with this function must be released with ww_mutex_unlock.
 209  */
 210 extern int /* __must_check */ ww_mutex_lock(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx);
 211
 212 /**
 213  * ww_mutex_lock_interruptible - acquire the w/w mutex, interruptible
 214  * @lock: the mutex to be acquired
 215  * @ctx: w/w acquire context
 216  *
 217  * Lock the w/w mutex exclusively for this task.
 218  *
 219  * Deadlocks within a given w/w class of locks are detected and handled with the
 220  * wait/die algorithm. If the lock isn't immediately available this function
 221  * will either sleep until it is (wait case). Or it selects the current context
 222  * for backing off by returning -EDEADLK (die case). Trying to acquire the
 223  * same lock with the same context twice is also detected and signalled by
 224  * returning -EALREADY. Returns 0 if the mutex was successfully acquired. If a
 225  * signal arrives while waiting for the lock then this function returns -EINTR.
 226  *
 227  * In the die case the caller must release all currently held w/w mutexes for
 228  * the given context and then wait for this contending lock to be available by
 229  * calling ww_mutex_lock_slow_interruptible. Alternatively callers can opt to
 230  * not acquire this lock and proceed with trying to acquire further w/w mutexes
 231  * (e.g. when scanning through lru lists trying to free resources).
 232  *
 233  * The mutex must later on be released by the same task that
 234  * acquired it. The task may not exit without first unlocking the mutex. Also,
 235  * kernel memory where the mutex resides must not be freed with the mutex still
 236  * locked. The mutex must first be initialized (or statically defined) before it
 237  * can be locked. memset()-ing the mutex to 0 is not allowed. The mutex must be
 238  * of the same w/w lock class as was used to initialize the acquire context.
 239  *
 240  * A mutex acquired with this function must be released with ww_mutex_unlock.
 241  */
 242 extern int __must_check ww_mutex_lock_interruptible(struct ww_mutex *lock,
 243                                                     struct ww_acquire_ctx *ctx);
 244
 245 /**
 246  * ww_mutex_lock_slow - slowpath acquiring of the w/w mutex
 247  * @lock: the mutex to be acquired
 248  * @ctx: w/w acquire context
 249  *
 250  * Acquires a w/w mutex with the given context after a die case. This function
 251  * will sleep until the lock becomes available.
 252  *
 253  * The caller must have released all w/w mutexes already acquired with the
 254  * context and then call this function on the contended lock.
 255  *
 256  * Afterwards the caller may continue to (re)acquire the other w/w mutexes it
 257  * needs with ww_mutex_lock. Note that the -EALREADY return code from
 258  * ww_mutex_lock can be used to avoid locking this contended mutex twice.
 259  *
 260  * It is forbidden to call this function with any other w/w mutexes associated
 261  * with the context held. It is forbidden to call this on anything else than the
 262  * contending mutex.
 263  *
 264  * Note that the slowpath lock acquiring can also be done by calling
 265  * ww_mutex_lock directly. This function here is simply to help w/w mutex
 266  * locking code readability by clearly denoting the slowpath.
 267  */
 268 static inline void
 269 ww_mutex_lock_slow(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
 270 {
 271         int ret;
 272 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
 273         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(!ctx->contending_lock);
 274 #endif
 275         ret = ww_mutex_lock(lock, ctx);
 276         (void)ret;
 277 }
 278
 279 /**
 280  * ww_mutex_lock_slow_interruptible - slowpath acquiring of the w/w mutex, interruptible
 281  * @lock: the mutex to be acquired
 282  * @ctx: w/w acquire context
 283  *
 284  * Acquires a w/w mutex with the given context after a die case. This function
 285  * will sleep until the lock becomes available and returns 0 when the lock has
 286  * been acquired. If a signal arrives while waiting for the lock then this
 287  * function returns -EINTR.
 288  *
 289  * The caller must have released all w/w mutexes already acquired with the
 290  * context and then call this function on the contended lock.
 291  *
 292  * Afterwards the caller may continue to (re)acquire the other w/w mutexes it
 293  * needs with ww_mutex_lock. Note that the -EALREADY return code from
 294  * ww_mutex_lock can be used to avoid locking this contended mutex twice.
 295  *
 296  * It is forbidden to call this function with any other w/w mutexes associated
 297  * with the given context held. It is forbidden to call this on anything else
 298  * than the contending mutex.
 299  *
 300  * Note that the slowpath lock acquiring can also be done by calling
 301  * ww_mutex_lock_interruptible directly. This function here is simply to help
 302  * w/w mutex locking code readability by clearly denoting the slowpath.
 303  */
 304 static inline int __must_check
 305 ww_mutex_lock_slow_interruptible(struct ww_mutex *lock,
 306                                  struct ww_acquire_ctx *ctx)
 307 {
 308 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
 309         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(!ctx->contending_lock);
 310 #endif
 311         return ww_mutex_lock_interruptible(lock, ctx);
 312 }
 313
 314 extern void ww_mutex_unlock(struct ww_mutex *lock);
 315
 316 /**
 317  * ww_mutex_trylock - tries to acquire the w/w mutex without acquire context
 318  * @lock: mutex to lock
 319  *
 320  * Trylocks a mutex without acquire context, so no deadlock detection is
 321  * possible. Returns 1 if the mutex has been acquired successfully, 0 otherwise.
 322  */
 323 static inline int __must_check ww_mutex_trylock(struct ww_mutex *lock)
 324 {
 325         return mutex_trylock(&lock->base);
 326 }
 327
 328 /***
 329  * ww_mutex_destroy - mark a w/w mutex unusable
 330  * @lock: the mutex to be destroyed
 331  *
 332  * This function marks the mutex uninitialized, and any subsequent
 333  * use of the mutex is forbidden. The mutex must not be locked when
 334  * this function is called.
 335  */
 336 static inline void ww_mutex_destroy(struct ww_mutex *lock)
 337 {
 338         mutex_destroy(&lock->base);
 339 }
 340
 341 /**
 342  * ww_mutex_is_locked - is the w/w mutex locked
 343  * @lock: the mutex to be queried
 344  *
 345  * Returns 1 if the mutex is locked, 0 if unlocked.
 346  */
 347 static inline bool ww_mutex_is_locked(struct ww_mutex *lock)
 348 {
 349         return mutex_is_locked(&lock->base);
 350 }
 351
 352 #endif