]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - kernel/locking/mutex.c
locking/ww_mutex: Optimize ww-mutexes by yielding to other waiters from optimistic spin
[linux.git] / kernel / locking / mutex.c
1 /*
2  * kernel/locking/mutex.c
3  *
4  * Mutexes: blocking mutual exclusion locks
5  *
6  * Started by Ingo Molnar:
7  *
8  *  Copyright (C) 2004, 2005, 2006 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
9  *
10  * Many thanks to Arjan van de Ven, Thomas Gleixner, Steven Rostedt and
11  * David Howells for suggestions and improvements.
12  *
13  *  - Adaptive spinning for mutexes by Peter Zijlstra. (Ported to mainline
14  *    from the -rt tree, where it was originally implemented for rtmutexes
15  *    by Steven Rostedt, based on work by Gregory Haskins, Peter Morreale
16  *    and Sven Dietrich.
17  *
18  * Also see Documentation/locking/mutex-design.txt.
19  */
20 #include <linux/mutex.h>
21 #include <linux/ww_mutex.h>
22 #include <linux/sched.h>
23 #include <linux/sched/rt.h>
24 #include <linux/export.h>
25 #include <linux/spinlock.h>
26 #include <linux/interrupt.h>
27 #include <linux/debug_locks.h>
28 #include <linux/osq_lock.h>
29
30 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
31 # include "mutex-debug.h"
32 #else
33 # include "mutex.h"
34 #endif
35
36 void
37 __mutex_init(struct mutex *lock, const char *name, struct lock_class_key *key)
38 {
39         atomic_long_set(&lock->owner, 0);
40         spin_lock_init(&lock->wait_lock);
41         INIT_LIST_HEAD(&lock->wait_list);
42 #ifdef CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER
43         osq_lock_init(&lock->osq);
44 #endif
45
46         debug_mutex_init(lock, name, key);
47 }
48 EXPORT_SYMBOL(__mutex_init);
49
50 /*
51  * @owner: contains: 'struct task_struct *' to the current lock owner,
52  * NULL means not owned. Since task_struct pointers are aligned at
53  * at least L1_CACHE_BYTES, we have low bits to store extra state.
54  *
55  * Bit0 indicates a non-empty waiter list; unlock must issue a wakeup.
56  * Bit1 indicates unlock needs to hand the lock to the top-waiter
57  * Bit2 indicates handoff has been done and we're waiting for pickup.
58  */
59 #define MUTEX_FLAG_WAITERS      0x01
60 #define MUTEX_FLAG_HANDOFF      0x02
61 #define MUTEX_FLAG_PICKUP       0x04
62
63 #define MUTEX_FLAGS             0x07
64
65 static inline struct task_struct *__owner_task(unsigned long owner)
66 {
67         return (struct task_struct *)(owner & ~MUTEX_FLAGS);
68 }
69
70 static inline unsigned long __owner_flags(unsigned long owner)
71 {
72         return owner & MUTEX_FLAGS;
73 }
74
75 /*
76  * Trylock variant that retuns the owning task on failure.
77  */
78 static inline struct task_struct *__mutex_trylock_or_owner(struct mutex *lock)
79 {
80         unsigned long owner, curr = (unsigned long)current;
81
82         owner = atomic_long_read(&lock->owner);
83         for (;;) { /* must loop, can race against a flag */
84                 unsigned long old, flags = __owner_flags(owner);
85                 unsigned long task = owner & ~MUTEX_FLAGS;
86
87                 if (task) {
88                         if (likely(task != curr))
89                                 break;
90
91                         if (likely(!(flags & MUTEX_FLAG_PICKUP)))
92                                 break;
93
94                         flags &= ~MUTEX_FLAG_PICKUP;
95                 } else {
96 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
97                         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(flags & MUTEX_FLAG_PICKUP);
98 #endif
99                 }
100
101                 /*
102                  * We set the HANDOFF bit, we must make sure it doesn't live
103                  * past the point where we acquire it. This would be possible
104                  * if we (accidentally) set the bit on an unlocked mutex.
105                  */
106                 flags &= ~MUTEX_FLAG_HANDOFF;
107
108                 old = atomic_long_cmpxchg_acquire(&lock->owner, owner, curr | flags);
109                 if (old == owner)
110                         return NULL;
111
112                 owner = old;
113         }
114
115         return __owner_task(owner);
116 }
117
118 /*
119  * Actual trylock that will work on any unlocked state.
120  */
121 static inline bool __mutex_trylock(struct mutex *lock)
122 {
123         return !__mutex_trylock_or_owner(lock);
124 }
125
126 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
127 /*
128  * Lockdep annotations are contained to the slow paths for simplicity.
129  * There is nothing that would stop spreading the lockdep annotations outwards
130  * except more code.
131  */
132
133 /*
134  * Optimistic trylock that only works in the uncontended case. Make sure to
135  * follow with a __mutex_trylock() before failing.
136  */
137 static __always_inline bool __mutex_trylock_fast(struct mutex *lock)
138 {
139         unsigned long curr = (unsigned long)current;
140
141         if (!atomic_long_cmpxchg_acquire(&lock->owner, 0UL, curr))
142                 return true;
143
144         return false;
145 }
146
147 static __always_inline bool __mutex_unlock_fast(struct mutex *lock)
148 {
149         unsigned long curr = (unsigned long)current;
150
151         if (atomic_long_cmpxchg_release(&lock->owner, curr, 0UL) == curr)
152                 return true;
153
154         return false;
155 }
156 #endif
157
158 static inline void __mutex_set_flag(struct mutex *lock, unsigned long flag)
159 {
160         atomic_long_or(flag, &lock->owner);
161 }
162
163 static inline void __mutex_clear_flag(struct mutex *lock, unsigned long flag)
164 {
165         atomic_long_andnot(flag, &lock->owner);
166 }
167
168 static inline bool __mutex_waiter_is_first(struct mutex *lock, struct mutex_waiter *waiter)
169 {
170         return list_first_entry(&lock->wait_list, struct mutex_waiter, list) == waiter;
171 }
172
173 /*
174  * Give up ownership to a specific task, when @task = NULL, this is equivalent
175  * to a regular unlock. Sets PICKUP on a handoff, clears HANDOF, preserves
176  * WAITERS. Provides RELEASE semantics like a regular unlock, the
177  * __mutex_trylock() provides a matching ACQUIRE semantics for the handoff.
178  */
179 static void __mutex_handoff(struct mutex *lock, struct task_struct *task)
180 {
181         unsigned long owner = atomic_long_read(&lock->owner);
182
183         for (;;) {
184                 unsigned long old, new;
185
186 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
187                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(__owner_task(owner) != current);
188                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(owner & MUTEX_FLAG_PICKUP);
189 #endif
190
191                 new = (owner & MUTEX_FLAG_WAITERS);
192                 new |= (unsigned long)task;
193                 if (task)
194                         new |= MUTEX_FLAG_PICKUP;
195
196                 old = atomic_long_cmpxchg_release(&lock->owner, owner, new);
197                 if (old == owner)
198                         break;
199
200                 owner = old;
201         }
202 }
203
204 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
205 /*
206  * We split the mutex lock/unlock logic into separate fastpath and
207  * slowpath functions, to reduce the register pressure on the fastpath.
208  * We also put the fastpath first in the kernel image, to make sure the
209  * branch is predicted by the CPU as default-untaken.
210  */
211 static void __sched __mutex_lock_slowpath(struct mutex *lock);
212
213 /**
214  * mutex_lock - acquire the mutex
215  * @lock: the mutex to be acquired
216  *
217  * Lock the mutex exclusively for this task. If the mutex is not
218  * available right now, it will sleep until it can get it.
219  *
220  * The mutex must later on be released by the same task that
221  * acquired it. Recursive locking is not allowed. The task
222  * may not exit without first unlocking the mutex. Also, kernel
223  * memory where the mutex resides must not be freed with
224  * the mutex still locked. The mutex must first be initialized
225  * (or statically defined) before it can be locked. memset()-ing
226  * the mutex to 0 is not allowed.
227  *
228  * ( The CONFIG_DEBUG_MUTEXES .config option turns on debugging
229  *   checks that will enforce the restrictions and will also do
230  *   deadlock debugging. )
231  *
232  * This function is similar to (but not equivalent to) down().
233  */
234 void __sched mutex_lock(struct mutex *lock)
235 {
236         might_sleep();
237
238         if (!__mutex_trylock_fast(lock))
239                 __mutex_lock_slowpath(lock);
240 }
241 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock);
242 #endif
243
244 static __always_inline void
245 ww_mutex_lock_acquired(struct ww_mutex *ww, struct ww_acquire_ctx *ww_ctx)
246 {
247 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
248         /*
249          * If this WARN_ON triggers, you used ww_mutex_lock to acquire,
250          * but released with a normal mutex_unlock in this call.
251          *
252          * This should never happen, always use ww_mutex_unlock.
253          */
254         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ww->ctx);
255
256         /*
257          * Not quite done after calling ww_acquire_done() ?
258          */
259         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ww_ctx->done_acquire);
260
261         if (ww_ctx->contending_lock) {
262                 /*
263                  * After -EDEADLK you tried to
264                  * acquire a different ww_mutex? Bad!
265                  */
266                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ww_ctx->contending_lock != ww);
267
268                 /*
269                  * You called ww_mutex_lock after receiving -EDEADLK,
270                  * but 'forgot' to unlock everything else first?
271                  */
272                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ww_ctx->acquired > 0);
273                 ww_ctx->contending_lock = NULL;
274         }
275
276         /*
277          * Naughty, using a different class will lead to undefined behavior!
278          */
279         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ww_ctx->ww_class != ww->ww_class);
280 #endif
281         ww_ctx->acquired++;
282 }
283
284 static inline bool __sched
285 __ww_ctx_stamp_after(struct ww_acquire_ctx *a, struct ww_acquire_ctx *b)
286 {
287         return a->stamp - b->stamp <= LONG_MAX &&
288                (a->stamp != b->stamp || a > b);
289 }
290
291 /*
292  * Wake up any waiters that may have to back off when the lock is held by the
293  * given context.
294  *
295  * Due to the invariants on the wait list, this can only affect the first
296  * waiter with a context.
297  *
298  * The current task must not be on the wait list.
299  */
300 static void __sched
301 __ww_mutex_wakeup_for_backoff(struct mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ww_ctx)
302 {
303         struct mutex_waiter *cur;
304
305         lockdep_assert_held(&lock->wait_lock);
306
307         list_for_each_entry(cur, &lock->wait_list, list) {
308                 if (!cur->ww_ctx)
309                         continue;
310
311                 if (cur->ww_ctx->acquired > 0 &&
312                     __ww_ctx_stamp_after(cur->ww_ctx, ww_ctx)) {
313                         debug_mutex_wake_waiter(lock, cur);
314                         wake_up_process(cur->task);
315                 }
316
317                 break;
318         }
319 }
320
321 /*
322  * After acquiring lock with fastpath or when we lost out in contested
323  * slowpath, set ctx and wake up any waiters so they can recheck.
324  */
325 static __always_inline void
326 ww_mutex_set_context_fastpath(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
327 {
328         unsigned long flags;
329
330         ww_mutex_lock_acquired(lock, ctx);
331
332         lock->ctx = ctx;
333
334         /*
335          * The lock->ctx update should be visible on all cores before
336          * the atomic read is done, otherwise contended waiters might be
337          * missed. The contended waiters will either see ww_ctx == NULL
338          * and keep spinning, or it will acquire wait_lock, add itself
339          * to waiter list and sleep.
340          */
341         smp_mb(); /* ^^^ */
342
343         /*
344          * Check if lock is contended, if not there is nobody to wake up
345          */
346         if (likely(!(atomic_long_read(&lock->base.owner) & MUTEX_FLAG_WAITERS)))
347                 return;
348
349         /*
350          * Uh oh, we raced in fastpath, wake up everyone in this case,
351          * so they can see the new lock->ctx.
352          */
353         spin_lock_mutex(&lock->base.wait_lock, flags);
354         __ww_mutex_wakeup_for_backoff(&lock->base, ctx);
355         spin_unlock_mutex(&lock->base.wait_lock, flags);
356 }
357
358 /*
359  * After acquiring lock in the slowpath set ctx.
360  *
361  * Unlike for the fast path, the caller ensures that waiters are woken up where
362  * necessary.
363  *
364  * Callers must hold the mutex wait_lock.
365  */
366 static __always_inline void
367 ww_mutex_set_context_slowpath(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
368 {
369         ww_mutex_lock_acquired(lock, ctx);
370         lock->ctx = ctx;
371 }
372
373 #ifdef CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER
374
375 static inline
376 bool ww_mutex_spin_on_owner(struct mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ww_ctx,
377                             struct mutex_waiter *waiter)
378 {
379         struct ww_mutex *ww;
380
381         ww = container_of(lock, struct ww_mutex, base);
382
383         /*
384          * If ww->ctx is set the contents are undefined, only
385          * by acquiring wait_lock there is a guarantee that
386          * they are not invalid when reading.
387          *
388          * As such, when deadlock detection needs to be
389          * performed the optimistic spinning cannot be done.
390          *
391          * Check this in every inner iteration because we may
392          * be racing against another thread's ww_mutex_lock.
393          */
394         if (ww_ctx->acquired > 0 && READ_ONCE(ww->ctx))
395                 return false;
396
397         /*
398          * If we aren't on the wait list yet, cancel the spin
399          * if there are waiters. We want  to avoid stealing the
400          * lock from a waiter with an earlier stamp, since the
401          * other thread may already own a lock that we also
402          * need.
403          */
404         if (!waiter && (atomic_long_read(&lock->owner) & MUTEX_FLAG_WAITERS))
405                 return false;
406
407         /*
408          * Similarly, stop spinning if we are no longer the
409          * first waiter.
410          */
411         if (waiter && !__mutex_waiter_is_first(lock, waiter))
412                 return false;
413
414         return true;
415 }
416
417 /*
418  * Look out! "owner" is an entirely speculative pointer access and not
419  * reliable.
420  *
421  * "noinline" so that this function shows up on perf profiles.
422  */
423 static noinline
424 bool mutex_spin_on_owner(struct mutex *lock, struct task_struct *owner,
425                          struct ww_acquire_ctx *ww_ctx, struct mutex_waiter *waiter)
426 {
427         bool ret = true;
428
429         rcu_read_lock();
430         while (__mutex_owner(lock) == owner) {
431                 /*
432                  * Ensure we emit the owner->on_cpu, dereference _after_
433                  * checking lock->owner still matches owner. If that fails,
434                  * owner might point to freed memory. If it still matches,
435                  * the rcu_read_lock() ensures the memory stays valid.
436                  */
437                 barrier();
438
439                 /*
440                  * Use vcpu_is_preempted to detect lock holder preemption issue.
441                  */
442                 if (!owner->on_cpu || need_resched() ||
443                                 vcpu_is_preempted(task_cpu(owner))) {
444                         ret = false;
445                         break;
446                 }
447
448                 if (ww_ctx && !ww_mutex_spin_on_owner(lock, ww_ctx, waiter)) {
449                         ret = false;
450                         break;
451                 }
452
453                 cpu_relax();
454         }
455         rcu_read_unlock();
456
457         return ret;
458 }
459
460 /*
461  * Initial check for entering the mutex spinning loop
462  */
463 static inline int mutex_can_spin_on_owner(struct mutex *lock)
464 {
465         struct task_struct *owner;
466         int retval = 1;
467
468         if (need_resched())
469                 return 0;
470
471         rcu_read_lock();
472         owner = __mutex_owner(lock);
473
474         /*
475          * As lock holder preemption issue, we both skip spinning if task is not
476          * on cpu or its cpu is preempted
477          */
478         if (owner)
479                 retval = owner->on_cpu && !vcpu_is_preempted(task_cpu(owner));
480         rcu_read_unlock();
481
482         /*
483          * If lock->owner is not set, the mutex has been released. Return true
484          * such that we'll trylock in the spin path, which is a faster option
485          * than the blocking slow path.
486          */
487         return retval;
488 }
489
490 /*
491  * Optimistic spinning.
492  *
493  * We try to spin for acquisition when we find that the lock owner
494  * is currently running on a (different) CPU and while we don't
495  * need to reschedule. The rationale is that if the lock owner is
496  * running, it is likely to release the lock soon.
497  *
498  * The mutex spinners are queued up using MCS lock so that only one
499  * spinner can compete for the mutex. However, if mutex spinning isn't
500  * going to happen, there is no point in going through the lock/unlock
501  * overhead.
502  *
503  * Returns true when the lock was taken, otherwise false, indicating
504  * that we need to jump to the slowpath and sleep.
505  *
506  * The waiter flag is set to true if the spinner is a waiter in the wait
507  * queue. The waiter-spinner will spin on the lock directly and concurrently
508  * with the spinner at the head of the OSQ, if present, until the owner is
509  * changed to itself.
510  */
511 static __always_inline bool
512 mutex_optimistic_spin(struct mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ww_ctx,
513                       const bool use_ww_ctx, struct mutex_waiter *waiter)
514 {
515         if (!waiter) {
516                 /*
517                  * The purpose of the mutex_can_spin_on_owner() function is
518                  * to eliminate the overhead of osq_lock() and osq_unlock()
519                  * in case spinning isn't possible. As a waiter-spinner
520                  * is not going to take OSQ lock anyway, there is no need
521                  * to call mutex_can_spin_on_owner().
522                  */
523                 if (!mutex_can_spin_on_owner(lock))
524                         goto fail;
525
526                 /*
527                  * In order to avoid a stampede of mutex spinners trying to
528                  * acquire the mutex all at once, the spinners need to take a
529                  * MCS (queued) lock first before spinning on the owner field.
530                  */
531                 if (!osq_lock(&lock->osq))
532                         goto fail;
533         }
534
535         for (;;) {
536                 struct task_struct *owner;
537
538                 /* Try to acquire the mutex... */
539                 owner = __mutex_trylock_or_owner(lock);
540                 if (!owner)
541                         break;
542
543                 /*
544                  * There's an owner, wait for it to either
545                  * release the lock or go to sleep.
546                  */
547                 if (!mutex_spin_on_owner(lock, owner, ww_ctx, waiter))
548                         goto fail_unlock;
549
550                 /*
551                  * The cpu_relax() call is a compiler barrier which forces
552                  * everything in this loop to be re-loaded. We don't need
553                  * memory barriers as we'll eventually observe the right
554                  * values at the cost of a few extra spins.
555                  */
556                 cpu_relax();
557         }
558
559         if (!waiter)
560                 osq_unlock(&lock->osq);
561
562         return true;
563
564
565 fail_unlock:
566         if (!waiter)
567                 osq_unlock(&lock->osq);
568
569 fail:
570         /*
571          * If we fell out of the spin path because of need_resched(),
572          * reschedule now, before we try-lock the mutex. This avoids getting
573          * scheduled out right after we obtained the mutex.
574          */
575         if (need_resched()) {
576                 /*
577                  * We _should_ have TASK_RUNNING here, but just in case
578                  * we do not, make it so, otherwise we might get stuck.
579                  */
580                 __set_current_state(TASK_RUNNING);
581                 schedule_preempt_disabled();
582         }
583
584         return false;
585 }
586 #else
587 static __always_inline bool
588 mutex_optimistic_spin(struct mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ww_ctx,
589                       const bool use_ww_ctx, struct mutex_waiter *waiter)
590 {
591         return false;
592 }
593 #endif
594
595 static noinline void __sched __mutex_unlock_slowpath(struct mutex *lock, unsigned long ip);
596
597 /**
598  * mutex_unlock - release the mutex
599  * @lock: the mutex to be released
600  *
601  * Unlock a mutex that has been locked by this task previously.
602  *
603  * This function must not be used in interrupt context. Unlocking
604  * of a not locked mutex is not allowed.
605  *
606  * This function is similar to (but not equivalent to) up().
607  */
608 void __sched mutex_unlock(struct mutex *lock)
609 {
610 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
611         if (__mutex_unlock_fast(lock))
612                 return;
613 #endif
614         __mutex_unlock_slowpath(lock, _RET_IP_);
615 }
616 EXPORT_SYMBOL(mutex_unlock);
617
618 /**
619  * ww_mutex_unlock - release the w/w mutex
620  * @lock: the mutex to be released
621  *
622  * Unlock a mutex that has been locked by this task previously with any of the
623  * ww_mutex_lock* functions (with or without an acquire context). It is
624  * forbidden to release the locks after releasing the acquire context.
625  *
626  * This function must not be used in interrupt context. Unlocking
627  * of a unlocked mutex is not allowed.
628  */
629 void __sched ww_mutex_unlock(struct ww_mutex *lock)
630 {
631         /*
632          * The unlocking fastpath is the 0->1 transition from 'locked'
633          * into 'unlocked' state:
634          */
635         if (lock->ctx) {
636 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
637                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(!lock->ctx->acquired);
638 #endif
639                 if (lock->ctx->acquired > 0)
640                         lock->ctx->acquired--;
641                 lock->ctx = NULL;
642         }
643
644         mutex_unlock(&lock->base);
645 }
646 EXPORT_SYMBOL(ww_mutex_unlock);
647
648 static inline int __sched
649 __ww_mutex_lock_check_stamp(struct mutex *lock, struct mutex_waiter *waiter,
650                             struct ww_acquire_ctx *ctx)
651 {
652         struct ww_mutex *ww = container_of(lock, struct ww_mutex, base);
653         struct ww_acquire_ctx *hold_ctx = READ_ONCE(ww->ctx);
654         struct mutex_waiter *cur;
655
656         if (hold_ctx && __ww_ctx_stamp_after(ctx, hold_ctx))
657                 goto deadlock;
658
659         /*
660          * If there is a waiter in front of us that has a context, then its
661          * stamp is earlier than ours and we must back off.
662          */
663         cur = waiter;
664         list_for_each_entry_continue_reverse(cur, &lock->wait_list, list) {
665                 if (cur->ww_ctx)
666                         goto deadlock;
667         }
668
669         return 0;
670
671 deadlock:
672 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
673         DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ctx->contending_lock);
674         ctx->contending_lock = ww;
675 #endif
676         return -EDEADLK;
677 }
678
679 static inline int __sched
680 __ww_mutex_add_waiter(struct mutex_waiter *waiter,
681                       struct mutex *lock,
682                       struct ww_acquire_ctx *ww_ctx)
683 {
684         struct mutex_waiter *cur;
685         struct list_head *pos;
686
687         if (!ww_ctx) {
688                 list_add_tail(&waiter->list, &lock->wait_list);
689                 return 0;
690         }
691
692         /*
693          * Add the waiter before the first waiter with a higher stamp.
694          * Waiters without a context are skipped to avoid starving
695          * them.
696          */
697         pos = &lock->wait_list;
698         list_for_each_entry_reverse(cur, &lock->wait_list, list) {
699                 if (!cur->ww_ctx)
700                         continue;
701
702                 if (__ww_ctx_stamp_after(ww_ctx, cur->ww_ctx)) {
703                         /* Back off immediately if necessary. */
704                         if (ww_ctx->acquired > 0) {
705 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
706                                 struct ww_mutex *ww;
707
708                                 ww = container_of(lock, struct ww_mutex, base);
709                                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(ww_ctx->contending_lock);
710                                 ww_ctx->contending_lock = ww;
711 #endif
712                                 return -EDEADLK;
713                         }
714
715                         break;
716                 }
717
718                 pos = &cur->list;
719
720                 /*
721                  * Wake up the waiter so that it gets a chance to back
722                  * off.
723                  */
724                 if (cur->ww_ctx->acquired > 0) {
725                         debug_mutex_wake_waiter(lock, cur);
726                         wake_up_process(cur->task);
727                 }
728         }
729
730         list_add_tail(&waiter->list, pos);
731         return 0;
732 }
733
734 /*
735  * Lock a mutex (possibly interruptible), slowpath:
736  */
737 static __always_inline int __sched
738 __mutex_lock_common(struct mutex *lock, long state, unsigned int subclass,
739                     struct lockdep_map *nest_lock, unsigned long ip,
740                     struct ww_acquire_ctx *ww_ctx, const bool use_ww_ctx)
741 {
742         struct mutex_waiter waiter;
743         unsigned long flags;
744         bool first = false;
745         struct ww_mutex *ww;
746         int ret;
747
748         might_sleep();
749
750         ww = container_of(lock, struct ww_mutex, base);
751         if (use_ww_ctx && ww_ctx) {
752                 if (unlikely(ww_ctx == READ_ONCE(ww->ctx)))
753                         return -EALREADY;
754         }
755
756         preempt_disable();
757         mutex_acquire_nest(&lock->dep_map, subclass, 0, nest_lock, ip);
758
759         if (__mutex_trylock(lock) ||
760             mutex_optimistic_spin(lock, ww_ctx, use_ww_ctx, NULL)) {
761                 /* got the lock, yay! */
762                 lock_acquired(&lock->dep_map, ip);
763                 if (use_ww_ctx && ww_ctx)
764                         ww_mutex_set_context_fastpath(ww, ww_ctx);
765                 preempt_enable();
766                 return 0;
767         }
768
769         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
770         /*
771          * After waiting to acquire the wait_lock, try again.
772          */
773         if (__mutex_trylock(lock)) {
774                 if (use_ww_ctx && ww_ctx)
775                         __ww_mutex_wakeup_for_backoff(lock, ww_ctx);
776
777                 goto skip_wait;
778         }
779
780         debug_mutex_lock_common(lock, &waiter);
781         debug_mutex_add_waiter(lock, &waiter, current);
782
783         lock_contended(&lock->dep_map, ip);
784
785         if (!use_ww_ctx) {
786                 /* add waiting tasks to the end of the waitqueue (FIFO): */
787                 list_add_tail(&waiter.list, &lock->wait_list);
788         } else {
789                 /* Add in stamp order, waking up waiters that must back off. */
790                 ret = __ww_mutex_add_waiter(&waiter, lock, ww_ctx);
791                 if (ret)
792                         goto err_early_backoff;
793
794                 waiter.ww_ctx = ww_ctx;
795         }
796
797         waiter.task = current;
798
799         if (__mutex_waiter_is_first(lock, &waiter))
800                 __mutex_set_flag(lock, MUTEX_FLAG_WAITERS);
801
802         set_current_state(state);
803         for (;;) {
804                 /*
805                  * Once we hold wait_lock, we're serialized against
806                  * mutex_unlock() handing the lock off to us, do a trylock
807                  * before testing the error conditions to make sure we pick up
808                  * the handoff.
809                  */
810                 if (__mutex_trylock(lock))
811                         goto acquired;
812
813                 /*
814                  * Check for signals and wound conditions while holding
815                  * wait_lock. This ensures the lock cancellation is ordered
816                  * against mutex_unlock() and wake-ups do not go missing.
817                  */
818                 if (unlikely(signal_pending_state(state, current))) {
819                         ret = -EINTR;
820                         goto err;
821                 }
822
823                 if (use_ww_ctx && ww_ctx && ww_ctx->acquired > 0) {
824                         ret = __ww_mutex_lock_check_stamp(lock, &waiter, ww_ctx);
825                         if (ret)
826                                 goto err;
827                 }
828
829                 spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
830                 schedule_preempt_disabled();
831
832                 /*
833                  * ww_mutex needs to always recheck its position since its waiter
834                  * list is not FIFO ordered.
835                  */
836                 if ((use_ww_ctx && ww_ctx) || !first) {
837                         first = __mutex_waiter_is_first(lock, &waiter);
838                         if (first)
839                                 __mutex_set_flag(lock, MUTEX_FLAG_HANDOFF);
840                 }
841
842                 set_current_state(state);
843                 /*
844                  * Here we order against unlock; we must either see it change
845                  * state back to RUNNING and fall through the next schedule(),
846                  * or we must see its unlock and acquire.
847                  */
848                 if (__mutex_trylock(lock) ||
849                     (first && mutex_optimistic_spin(lock, ww_ctx, use_ww_ctx, &waiter)))
850                         break;
851
852                 spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
853         }
854         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
855 acquired:
856         __set_current_state(TASK_RUNNING);
857
858         mutex_remove_waiter(lock, &waiter, current);
859         if (likely(list_empty(&lock->wait_list)))
860                 __mutex_clear_flag(lock, MUTEX_FLAGS);
861
862         debug_mutex_free_waiter(&waiter);
863
864 skip_wait:
865         /* got the lock - cleanup and rejoice! */
866         lock_acquired(&lock->dep_map, ip);
867
868         if (use_ww_ctx && ww_ctx)
869                 ww_mutex_set_context_slowpath(ww, ww_ctx);
870
871         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
872         preempt_enable();
873         return 0;
874
875 err:
876         __set_current_state(TASK_RUNNING);
877         mutex_remove_waiter(lock, &waiter, current);
878 err_early_backoff:
879         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
880         debug_mutex_free_waiter(&waiter);
881         mutex_release(&lock->dep_map, 1, ip);
882         preempt_enable();
883         return ret;
884 }
885
886 static int __sched
887 __mutex_lock(struct mutex *lock, long state, unsigned int subclass,
888              struct lockdep_map *nest_lock, unsigned long ip)
889 {
890         return __mutex_lock_common(lock, state, subclass, nest_lock, ip, NULL, false);
891 }
892
893 static int __sched
894 __ww_mutex_lock(struct mutex *lock, long state, unsigned int subclass,
895                 struct lockdep_map *nest_lock, unsigned long ip,
896                 struct ww_acquire_ctx *ww_ctx)
897 {
898         return __mutex_lock_common(lock, state, subclass, nest_lock, ip, ww_ctx, true);
899 }
900
901 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
902 void __sched
903 mutex_lock_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
904 {
905         __mutex_lock(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, subclass, NULL, _RET_IP_);
906 }
907
908 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_nested);
909
910 void __sched
911 _mutex_lock_nest_lock(struct mutex *lock, struct lockdep_map *nest)
912 {
913         __mutex_lock(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, nest, _RET_IP_);
914 }
915 EXPORT_SYMBOL_GPL(_mutex_lock_nest_lock);
916
917 int __sched
918 mutex_lock_killable_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
919 {
920         return __mutex_lock(lock, TASK_KILLABLE, subclass, NULL, _RET_IP_);
921 }
922 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_killable_nested);
923
924 int __sched
925 mutex_lock_interruptible_nested(struct mutex *lock, unsigned int subclass)
926 {
927         return __mutex_lock(lock, TASK_INTERRUPTIBLE, subclass, NULL, _RET_IP_);
928 }
929 EXPORT_SYMBOL_GPL(mutex_lock_interruptible_nested);
930
931 static inline int
932 ww_mutex_deadlock_injection(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
933 {
934 #ifdef CONFIG_DEBUG_WW_MUTEX_SLOWPATH
935         unsigned tmp;
936
937         if (ctx->deadlock_inject_countdown-- == 0) {
938                 tmp = ctx->deadlock_inject_interval;
939                 if (tmp > UINT_MAX/4)
940                         tmp = UINT_MAX;
941                 else
942                         tmp = tmp*2 + tmp + tmp/2;
943
944                 ctx->deadlock_inject_interval = tmp;
945                 ctx->deadlock_inject_countdown = tmp;
946                 ctx->contending_lock = lock;
947
948                 ww_mutex_unlock(lock);
949
950                 return -EDEADLK;
951         }
952 #endif
953
954         return 0;
955 }
956
957 int __sched
958 ww_mutex_lock(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
959 {
960         int ret;
961
962         might_sleep();
963         ret =  __ww_mutex_lock(&lock->base, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
964                                0, ctx ? &ctx->dep_map : NULL, _RET_IP_,
965                                ctx);
966         if (!ret && ctx && ctx->acquired > 1)
967                 return ww_mutex_deadlock_injection(lock, ctx);
968
969         return ret;
970 }
971 EXPORT_SYMBOL_GPL(ww_mutex_lock);
972
973 int __sched
974 ww_mutex_lock_interruptible(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
975 {
976         int ret;
977
978         might_sleep();
979         ret = __ww_mutex_lock(&lock->base, TASK_INTERRUPTIBLE,
980                               0, ctx ? &ctx->dep_map : NULL, _RET_IP_,
981                               ctx);
982
983         if (!ret && ctx && ctx->acquired > 1)
984                 return ww_mutex_deadlock_injection(lock, ctx);
985
986         return ret;
987 }
988 EXPORT_SYMBOL_GPL(ww_mutex_lock_interruptible);
989
990 #endif
991
992 /*
993  * Release the lock, slowpath:
994  */
995 static noinline void __sched __mutex_unlock_slowpath(struct mutex *lock, unsigned long ip)
996 {
997         struct task_struct *next = NULL;
998         unsigned long owner, flags;
999         DEFINE_WAKE_Q(wake_q);
1000
1001         mutex_release(&lock->dep_map, 1, ip);
1002
1003         /*
1004          * Release the lock before (potentially) taking the spinlock such that
1005          * other contenders can get on with things ASAP.
1006          *
1007          * Except when HANDOFF, in that case we must not clear the owner field,
1008          * but instead set it to the top waiter.
1009          */
1010         owner = atomic_long_read(&lock->owner);
1011         for (;;) {
1012                 unsigned long old;
1013
1014 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
1015                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(__owner_task(owner) != current);
1016                 DEBUG_LOCKS_WARN_ON(owner & MUTEX_FLAG_PICKUP);
1017 #endif
1018
1019                 if (owner & MUTEX_FLAG_HANDOFF)
1020                         break;
1021
1022                 old = atomic_long_cmpxchg_release(&lock->owner, owner,
1023                                                   __owner_flags(owner));
1024                 if (old == owner) {
1025                         if (owner & MUTEX_FLAG_WAITERS)
1026                                 break;
1027
1028                         return;
1029                 }
1030
1031                 owner = old;
1032         }
1033
1034         spin_lock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
1035         debug_mutex_unlock(lock);
1036         if (!list_empty(&lock->wait_list)) {
1037                 /* get the first entry from the wait-list: */
1038                 struct mutex_waiter *waiter =
1039                         list_first_entry(&lock->wait_list,
1040                                          struct mutex_waiter, list);
1041
1042                 next = waiter->task;
1043
1044                 debug_mutex_wake_waiter(lock, waiter);
1045                 wake_q_add(&wake_q, next);
1046         }
1047
1048         if (owner & MUTEX_FLAG_HANDOFF)
1049                 __mutex_handoff(lock, next);
1050
1051         spin_unlock_mutex(&lock->wait_lock, flags);
1052
1053         wake_up_q(&wake_q);
1054 }
1055
1056 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
1057 /*
1058  * Here come the less common (and hence less performance-critical) APIs:
1059  * mutex_lock_interruptible() and mutex_trylock().
1060  */
1061 static noinline int __sched
1062 __mutex_lock_killable_slowpath(struct mutex *lock);
1063
1064 static noinline int __sched
1065 __mutex_lock_interruptible_slowpath(struct mutex *lock);
1066
1067 /**
1068  * mutex_lock_interruptible - acquire the mutex, interruptible
1069  * @lock: the mutex to be acquired
1070  *
1071  * Lock the mutex like mutex_lock(), and return 0 if the mutex has
1072  * been acquired or sleep until the mutex becomes available. If a
1073  * signal arrives while waiting for the lock then this function
1074  * returns -EINTR.
1075  *
1076  * This function is similar to (but not equivalent to) down_interruptible().
1077  */
1078 int __sched mutex_lock_interruptible(struct mutex *lock)
1079 {
1080         might_sleep();
1081
1082         if (__mutex_trylock_fast(lock))
1083                 return 0;
1084
1085         return __mutex_lock_interruptible_slowpath(lock);
1086 }
1087
1088 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock_interruptible);
1089
1090 int __sched mutex_lock_killable(struct mutex *lock)
1091 {
1092         might_sleep();
1093
1094         if (__mutex_trylock_fast(lock))
1095                 return 0;
1096
1097         return __mutex_lock_killable_slowpath(lock);
1098 }
1099 EXPORT_SYMBOL(mutex_lock_killable);
1100
1101 static noinline void __sched
1102 __mutex_lock_slowpath(struct mutex *lock)
1103 {
1104         __mutex_lock(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, NULL, _RET_IP_);
1105 }
1106
1107 static noinline int __sched
1108 __mutex_lock_killable_slowpath(struct mutex *lock)
1109 {
1110         return __mutex_lock(lock, TASK_KILLABLE, 0, NULL, _RET_IP_);
1111 }
1112
1113 static noinline int __sched
1114 __mutex_lock_interruptible_slowpath(struct mutex *lock)
1115 {
1116         return __mutex_lock(lock, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL, _RET_IP_);
1117 }
1118
1119 static noinline int __sched
1120 __ww_mutex_lock_slowpath(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
1121 {
1122         return __ww_mutex_lock(&lock->base, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, NULL,
1123                                _RET_IP_, ctx);
1124 }
1125
1126 static noinline int __sched
1127 __ww_mutex_lock_interruptible_slowpath(struct ww_mutex *lock,
1128                                             struct ww_acquire_ctx *ctx)
1129 {
1130         return __ww_mutex_lock(&lock->base, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL,
1131                                _RET_IP_, ctx);
1132 }
1133
1134 #endif
1135
1136 /**
1137  * mutex_trylock - try to acquire the mutex, without waiting
1138  * @lock: the mutex to be acquired
1139  *
1140  * Try to acquire the mutex atomically. Returns 1 if the mutex
1141  * has been acquired successfully, and 0 on contention.
1142  *
1143  * NOTE: this function follows the spin_trylock() convention, so
1144  * it is negated from the down_trylock() return values! Be careful
1145  * about this when converting semaphore users to mutexes.
1146  *
1147  * This function must not be used in interrupt context. The
1148  * mutex must be released by the same task that acquired it.
1149  */
1150 int __sched mutex_trylock(struct mutex *lock)
1151 {
1152         bool locked = __mutex_trylock(lock);
1153
1154         if (locked)
1155                 mutex_acquire(&lock->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
1156
1157         return locked;
1158 }
1159 EXPORT_SYMBOL(mutex_trylock);
1160
1161 #ifndef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
1162 int __sched
1163 ww_mutex_lock(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
1164 {
1165         might_sleep();
1166
1167         if (__mutex_trylock_fast(&lock->base)) {
1168                 if (ctx)
1169                         ww_mutex_set_context_fastpath(lock, ctx);
1170                 return 0;
1171         }
1172
1173         return __ww_mutex_lock_slowpath(lock, ctx);
1174 }
1175 EXPORT_SYMBOL(ww_mutex_lock);
1176
1177 int __sched
1178 ww_mutex_lock_interruptible(struct ww_mutex *lock, struct ww_acquire_ctx *ctx)
1179 {
1180         might_sleep();
1181
1182         if (__mutex_trylock_fast(&lock->base)) {
1183                 if (ctx)
1184                         ww_mutex_set_context_fastpath(lock, ctx);
1185                 return 0;
1186         }
1187
1188         return __ww_mutex_lock_interruptible_slowpath(lock, ctx);
1189 }
1190 EXPORT_SYMBOL(ww_mutex_lock_interruptible);
1191
1192 #endif
1193
1194 /**
1195  * atomic_dec_and_mutex_lock - return holding mutex if we dec to 0
1196  * @cnt: the atomic which we are to dec
1197  * @lock: the mutex to return holding if we dec to 0
1198  *
1199  * return true and hold lock if we dec to 0, return false otherwise
1200  */
1201 int atomic_dec_and_mutex_lock(atomic_t *cnt, struct mutex *lock)
1202 {
1203         /* dec if we can't possibly hit 0 */
1204         if (atomic_add_unless(cnt, -1, 1))
1205                 return 0;
1206         /* we might hit 0, so take the lock */
1207         mutex_lock(lock);
1208         if (!atomic_dec_and_test(cnt)) {
1209                 /* when we actually did the dec, we didn't hit 0 */
1210                 mutex_unlock(lock);
1211                 return 0;
1212         }
1213         /* we hit 0, and we hold the lock */
1214         return 1;
1215 }
1216 EXPORT_SYMBOL(atomic_dec_and_mutex_lock);