examples/performance-thread/common/lthread.c

   1 /*-
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  32  */
  33
  34 /*
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  58  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  59  * SUCH DAMAGE.
  60  */
  61
  62 #define RTE_MEM 1
  63
  64 #include <stdio.h>
  65 #include <stdlib.h>
  66 #include <string.h>
  67 #include <stdint.h>
  68 #include <stddef.h>
  69 #include <limits.h>
  70 #include <inttypes.h>
  71 #include <unistd.h>
  72 #include <pthread.h>
  73 #include <fcntl.h>
  74 #include <sys/time.h>
  75 #include <sys/mman.h>
  76
  77 #include <rte_log.h>
  78 #include <ctx.h>
  79 #include <stack.h>
  80
  81 #include "lthread_api.h"
  82 #include "lthread.h"
  83 #include "lthread_timer.h"
  84 #include "lthread_tls.h"
  85 #include "lthread_objcache.h"
  86 #include "lthread_diag.h"
  87
  88
  89 /*
  90  * This function gets called after an lthread function has returned.
  91  */
  92 void _lthread_exit_handler(struct lthread *lt)
  93 {
  94
  95         lt->state |= BIT(ST_LT_EXITED);
  96
  97         if (!(lt->state & BIT(ST_LT_DETACH))) {
  98                 /* thread is this not explicitly detached
  99                  * it must be joinable, so we call lthread_exit().
 100                  */
 101                 lthread_exit(NULL);
 102         }
 103
 104         /* if we get here the thread is detached so we can reschedule it,
 105          * allowing the scheduler to free it
 106          */
 107         _reschedule();
 108 }
 109
 110
 111 /*
 112  * Free resources allocated to an lthread
 113  */
 114 void _lthread_free(struct lthread *lt)
 115 {
 116
 117         DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_FREE, lt, 0);
 118
 119         /* invoke any user TLS destructor functions */
 120         _lthread_tls_destroy(lt);
 121
 122         /* free memory allocated for TLS defined using RTE_PER_LTHREAD macros */
 123         if (sizeof(void *) < (uint64_t)RTE_PER_LTHREAD_SECTION_SIZE)
 124                 _lthread_objcache_free(lt->tls->root_sched->per_lthread_cache,
 125                                         lt->per_lthread_data);
 126
 127         /* free pthread style TLS memory */
 128         _lthread_objcache_free(lt->tls->root_sched->tls_cache, lt->tls);
 129
 130         /* free the stack */
 131         _lthread_objcache_free(lt->stack_container->root_sched->stack_cache,
 132                                 lt->stack_container);
 133
 134         /* now free the thread */
 135         _lthread_objcache_free(lt->root_sched->lthread_cache, lt);
 136
 137 }
 138
 139 /*
 140  * Allocate a stack and maintain a cache of stacks
 141  */
 142 struct lthread_stack *_stack_alloc(void)
 143 {
 144         struct lthread_stack *s;
 145
 146         s = _lthread_objcache_alloc((THIS_SCHED)->stack_cache);
 147         RTE_ASSERT(s != NULL);
 148
 149         s->root_sched = THIS_SCHED;
 150         s->stack_size = LTHREAD_MAX_STACK_SIZE;
 151         return s;
 152 }
 153
 154 /*
 155  * Execute a ctx by invoking the start function
 156  * On return call an exit handler if the user has provided one
 157  */
 158 static void _lthread_exec(void *arg)
 159 {
 160         struct lthread *lt = (struct lthread *)arg;
 161
 162         /* invoke the contexts function */
 163         lt->fun(lt->arg);
 164         /* do exit handling */
 165         if (lt->exit_handler != NULL)
 166                 lt->exit_handler(lt);
 167 }
 168
 169 /*
 170  *      Initialize an lthread
 171  *      Set its function, args, and exit handler
 172  */
 173 void
 174 _lthread_init(struct lthread *lt,
 175         lthread_func_t fun, void *arg, lthread_exit_func exit_handler)
 176 {
 177
 178         /* set ctx func and args */
 179         lt->fun = fun;
 180         lt->arg = arg;
 181         lt->exit_handler = exit_handler;
 182
 183         /* set initial state */
 184         lt->birth = _sched_now();
 185         lt->state = BIT(ST_LT_INIT);
 186         lt->join = LT_JOIN_INITIAL;
 187 }
 188
 189 /*
 190  *      set the lthread stack
 191  */
 192 void _lthread_set_stack(struct lthread *lt, void *stack, size_t stack_size)
 193 {
 194         /* set stack */
 195         lt->stack = stack;
 196         lt->stack_size = stack_size;
 197
 198         arch_set_stack(lt, _lthread_exec);
 199 }
 200
 201 /*
 202  * Create an lthread on the current scheduler
 203  * If there is no current scheduler on this pthread then first create one
 204  */
 205 int
 206 lthread_create(struct lthread **new_lt, int lcore_id,
 207                 lthread_func_t fun, void *arg)
 208 {
 209         if ((new_lt == NULL) || (fun == NULL))
 210                 return POSIX_ERRNO(EINVAL);
 211
 212         if (lcore_id < 0)
 213                 lcore_id = rte_lcore_id();
 214         else if (lcore_id > LTHREAD_MAX_LCORES)
 215                 return POSIX_ERRNO(EINVAL);
 216
 217         struct lthread *lt = NULL;
 218
 219         if (THIS_SCHED == NULL) {
 220                 THIS_SCHED = _lthread_sched_create(0);
 221                 if (THIS_SCHED == NULL) {
 222                         perror("Failed to create scheduler");
 223                         return POSIX_ERRNO(EAGAIN);
 224                 }
 225         }
 226
 227         /* allocate a thread structure */
 228         lt = _lthread_objcache_alloc((THIS_SCHED)->lthread_cache);
 229         if (lt == NULL)
 230                 return POSIX_ERRNO(EAGAIN);
 231
 232         bzero(lt, sizeof(struct lthread));
 233         lt->root_sched = THIS_SCHED;
 234
 235         /* set the function args and exit handlder */
 236         _lthread_init(lt, fun, arg, _lthread_exit_handler);
 237
 238         /* put it in the ready queue */
 239         *new_lt = lt;
 240
 241         if (lcore_id < 0)
 242                 lcore_id = rte_lcore_id();
 243
 244         DIAG_CREATE_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_CREATE);
 245
 246         rte_wmb();
 247         _ready_queue_insert(_lthread_sched_get(lcore_id), lt);
 248         return 0;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * Schedules lthread to sleep for `nsecs`
 253  * setting the lthread state to LT_ST_SLEEPING.
 254  * lthread state is cleared upon resumption or expiry.
 255  */
 256 static inline void _lthread_sched_sleep(struct lthread *lt, uint64_t nsecs)
 257 {
 258         uint64_t state = lt->state;
 259         uint64_t clks = _ns_to_clks(nsecs);
 260
 261         if (clks) {
 262                 _timer_start(lt, clks);
 263                 lt->state = state | BIT(ST_LT_SLEEPING);
 264         }
 265         DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_SLEEP, clks, 0);
 266         _suspend();
 267 }
 268
 269
 270
 271 /*
 272  * Cancels any running timer.
 273  * This can be called multiple times on the same lthread regardless if it was
 274  * sleeping or not.
 275  */
 276 int _lthread_desched_sleep(struct lthread *lt)
 277 {
 278         uint64_t state = lt->state;
 279
 280         if (state & BIT(ST_LT_SLEEPING)) {
 281                 _timer_stop(lt);
 282                 state &= (CLEARBIT(ST_LT_SLEEPING) & CLEARBIT(ST_LT_EXPIRED));
 283                 lt->state = state | BIT(ST_LT_READY);
 284                 return 1;
 285         }
 286         return 0;
 287 }
 288
 289 /*
 290  * set user data pointer in an lthread
 291  */
 292 void lthread_set_data(void *data)
 293 {
 294         if (sizeof(void *) == RTE_PER_LTHREAD_SECTION_SIZE)
 295                 THIS_LTHREAD->per_lthread_data = data;
 296 }
 297
 298 /*
 299  * Retrieve user data pointer from an lthread
 300  */
 301 void *lthread_get_data(void)
 302 {
 303         return THIS_LTHREAD->per_lthread_data;
 304 }
 305
 306 /*
 307  * Return the current lthread handle
 308  */
 309 struct lthread *lthread_current(void)
 310 {
 311         struct lthread_sched *sched = THIS_SCHED;
 312
 313         if (sched)
 314                 return sched->current_lthread;
 315         return NULL;
 316 }
 317
 318
 319
 320 /*
 321  * Tasklet to cancel a thread
 322  */
 323 static void
 324 _cancel(void *arg)
 325 {
 326         struct lthread *lt = (struct lthread *) arg;
 327
 328         lt->state |= BIT(ST_LT_CANCELLED);
 329         lthread_detach();
 330 }
 331
 332
 333 /*
 334  * Mark the specified as canceled
 335  */
 336 int lthread_cancel(struct lthread *cancel_lt)
 337 {
 338         struct lthread *lt;
 339
 340         if ((cancel_lt == NULL) || (cancel_lt == THIS_LTHREAD))
 341                 return POSIX_ERRNO(EINVAL);
 342
 343         DIAG_EVENT(cancel_lt, LT_DIAG_LTHREAD_CANCEL, cancel_lt, 0);
 344
 345         if (cancel_lt->sched != THIS_SCHED) {
 346
 347                 /* spawn task-let to cancel the thread */
 348                 lthread_create(&lt,
 349                                 cancel_lt->sched->lcore_id,
 350                                 _cancel,
 351                                 cancel_lt);
 352                 return 0;
 353         }
 354         cancel_lt->state |= BIT(ST_LT_CANCELLED);
 355         return 0;
 356 }
 357
 358 /*
 359  * Suspend the current lthread for specified time
 360  */
 361 void lthread_sleep(uint64_t nsecs)
 362 {
 363         struct lthread *lt = THIS_LTHREAD;
 364
 365         _lthread_sched_sleep(lt, nsecs);
 366
 367 }
 368
 369 /*
 370  * Suspend the current lthread for specified time
 371  */
 372 void lthread_sleep_clks(uint64_t clks)
 373 {
 374         struct lthread *lt = THIS_LTHREAD;
 375         uint64_t state = lt->state;
 376
 377         if (clks) {
 378                 _timer_start(lt, clks);
 379                 lt->state = state | BIT(ST_LT_SLEEPING);
 380         }
 381         DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_SLEEP, clks, 0);
 382         _suspend();
 383 }
 384
 385 /*
 386  * Requeue the current thread to the back of the ready queue
 387  */
 388 void lthread_yield(void)
 389 {
 390         struct lthread *lt = THIS_LTHREAD;
 391
 392         DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_YIELD, 0, 0);
 393
 394         _ready_queue_insert(THIS_SCHED, lt);
 395         ctx_switch(&(THIS_SCHED)->ctx, &lt->ctx);
 396 }
 397
 398 /*
 399  * Exit the current lthread
 400  * If a thread is joining pass the user pointer to it
 401  */
 402 void lthread_exit(void *ptr)
 403 {
 404         struct lthread *lt = THIS_LTHREAD;
 405
 406         /* if thread is detached (this is not valid) just exit */
 407         if (lt->state & BIT(ST_LT_DETACH))
 408                 return;
 409
 410         /* There is a race between lthread_join() and lthread_exit()
 411          *  - if exit before join then we suspend and resume on join
 412          *  - if join before exit then we resume the joining thread
 413          */
 414         if ((lt->join == LT_JOIN_INITIAL)
 415             && rte_atomic64_cmpset(&lt->join, LT_JOIN_INITIAL,
 416                                    LT_JOIN_EXITING)) {
 417
 418                 DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_EXIT, 1, 0);
 419                 _suspend();
 420                 /* set the exit value */
 421                 if ((ptr != NULL) && (lt->lt_join->lt_exit_ptr != NULL))
 422                         *(lt->lt_join->lt_exit_ptr) = ptr;
 423
 424                 /* let the joining thread know we have set the exit value */
 425                 lt->join = LT_JOIN_EXIT_VAL_SET;
 426         } else {
 427
 428                 DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_EXIT, 0, 0);
 429                 /* set the exit value */
 430                 if ((ptr != NULL) && (lt->lt_join->lt_exit_ptr != NULL))
 431                         *(lt->lt_join->lt_exit_ptr) = ptr;
 432                 /* let the joining thread know we have set the exit value */
 433                 lt->join = LT_JOIN_EXIT_VAL_SET;
 434                 _ready_queue_insert(lt->lt_join->sched,
 435                                     (struct lthread *)lt->lt_join);
 436         }
 437
 438
 439         /* wait until the joinging thread has collected the exit value */
 440         while (lt->join != LT_JOIN_EXIT_VAL_READ)
 441                 _reschedule();
 442
 443         /* reset join state */
 444         lt->join = LT_JOIN_INITIAL;
 445
 446         /* detach it so its resources can be released */
 447         lt->state |= (BIT(ST_LT_DETACH) | BIT(ST_LT_EXITED));
 448 }
 449
 450 /*
 451  * Join an lthread
 452  * Suspend until the joined thread returns
 453  */
 454 int lthread_join(struct lthread *lt, void **ptr)
 455 {
 456         if (lt == NULL)
 457                 return POSIX_ERRNO(EINVAL);
 458
 459         struct lthread *current = THIS_LTHREAD;
 460         uint64_t lt_state = lt->state;
 461
 462         /* invalid to join a detached thread, or a thread that is joined */
 463         if ((lt_state & BIT(ST_LT_DETACH)) || (lt->join == LT_JOIN_THREAD_SET))
 464                 return POSIX_ERRNO(EINVAL);
 465         /* pointer to the joining thread and a poingter to return a value */
 466         lt->lt_join = current;
 467         current->lt_exit_ptr = ptr;
 468         /* There is a race between lthread_join() and lthread_exit()
 469          *  - if join before exit we suspend and will resume when exit is called
 470          *  - if exit before join we resume the exiting thread
 471          */
 472         if ((lt->join == LT_JOIN_INITIAL)
 473             && rte_atomic64_cmpset(&lt->join, LT_JOIN_INITIAL,
 474                                    LT_JOIN_THREAD_SET)) {
 475
 476                 DIAG_EVENT(current, LT_DIAG_LTHREAD_JOIN, lt, 1);
 477                 _suspend();
 478         } else {
 479                 DIAG_EVENT(current, LT_DIAG_LTHREAD_JOIN, lt, 0);
 480                 _ready_queue_insert(lt->sched, lt);
 481         }
 482
 483         /* wait for exiting thread to set return value */
 484         while (lt->join != LT_JOIN_EXIT_VAL_SET)
 485                 _reschedule();
 486
 487         /* collect the return value */
 488         if (ptr != NULL)
 489                 *ptr = *current->lt_exit_ptr;
 490
 491         /* let the exiting thread proceed to exit */
 492         lt->join = LT_JOIN_EXIT_VAL_READ;
 493         return 0;
 494 }
 495
 496
 497 /*
 498  * Detach current lthread
 499  * A detached thread cannot be joined
 500  */
 501 void lthread_detach(void)
 502 {
 503         struct lthread *lt = THIS_LTHREAD;
 504
 505         DIAG_EVENT(lt, LT_DIAG_LTHREAD_DETACH, 0, 0);
 506
 507         uint64_t state = lt->state;
 508
 509         lt->state = state | BIT(ST_LT_DETACH);
 510 }
 511
 512 /*
 513  * Set function name of an lthread
 514  * this is a debug aid
 515  */
 516 void lthread_set_funcname(const char *f)
 517 {
 518         struct lthread *lt = THIS_LTHREAD;
 519
 520         strncpy(lt->funcname, f, sizeof(lt->funcname));
 521         lt->funcname[sizeof(lt->funcname)-1] = 0;
 522 }