ev_qs can request fallback to active vcores (XCC)
[akaros.git] / user / pthread / pthread.c
index 45d38d2..5a8f916 100644 (file)
@@ -15,6 +15,7 @@
 #include <sys/mman.h>
 #include <assert.h>
 #include <event.h>
+#include <ucq.h>
 
 struct pthread_queue ready_queue = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(ready_queue);
 struct pthread_queue active_queue = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(active_queue);
@@ -37,14 +38,13 @@ void pth_sched_entry(void);
 struct uthread *pth_thread_create(void (*func)(void), void *udata);
 void pth_thread_runnable(struct uthread *uthread);
 void pth_thread_yield(struct uthread *uthread);
-void pth_thread_exit(struct uthread *uthread);
+void pth_thread_destroy(struct uthread *uthread);
 void pth_preempt_pending(void);
 void pth_spawn_thread(uintptr_t pc_start, void *data);
 void pth_blockon_sysc(struct syscall *sysc);
 
 /* Event Handlers */
-static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
-                               bool overflow);
+static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type);
 
 struct schedule_ops pthread_sched_ops = {
        pth_init,
@@ -52,7 +52,7 @@ struct schedule_ops pthread_sched_ops = {
        pth_thread_create,
        pth_thread_runnable,
        pth_thread_yield,
-       pth_thread_exit,
+       pth_thread_destroy,
        pth_blockon_sysc,
        0, /* pth_preempt_pending, */
        0, /* pth_spawn_thread, */
@@ -69,6 +69,7 @@ static int __pthread_allocate_stack(struct pthread_tcb *pt);
  * main()) */
 struct uthread *pth_init(void)
 {
+       uintptr_t mmap_block;
        struct mcs_lock_qnode local_qn = {0};
        /* Tell the kernel where and how we want to receive events.  This is just an
         * example of what to do to have a notification turned on.  We're turning on
@@ -83,21 +84,52 @@ struct uthread *pth_init(void)
        /* Set up the per-vcore structs to track outstanding syscalls */
        sysc_mgmt = malloc(sizeof(struct sysc_mgmt) * max_vcores());
        assert(sysc_mgmt);
+#if 1   /* Independent ev_mboxes per vcore */
+       /* Get a block of pages for our per-vcore (but non-VCPD) ev_qs */
+       mmap_block = (uintptr_t)mmap(0, PGSIZE * 2 * max_vcores(),
+                                    PROT_WRITE | PROT_READ,
+                                    MAP_POPULATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
+       assert(mmap_block);
+       /* Could be smarter and do this on demand (in case we don't actually want
+        * max_vcores()). */
        for (int i = 0; i < max_vcores(); i++) {
-               /* Set up each of the per-vcore syscall event queues so that they point
-                * to the VCPD/default vcore mailbox (for now)  Note you'll need the
-                * vcore to be online to get the events (for now). */
-               sysc_mgmt[i].ev_q.ev_mbox =  &__procdata.vcore_preempt_data[i].ev_mbox;
-               sysc_mgmt[i].ev_q.ev_flags = EVENT_IPI;         /* totally up to you */
-               sysc_mgmt[i].ev_q.ev_vcore = i;
-               /* Init the list and other data */
-               TAILQ_INIT(&sysc_mgmt[i].pending_syscs);
-               sysc_mgmt[i].handling_overflow = FALSE;
+               /* Each vcore needs to point to a non-VCPD ev_q */
+               sysc_mgmt[i].ev_q = get_big_event_q_raw();
+               sysc_mgmt[i].ev_q->ev_flags = EVENT_IPI | EVENT_INDIR | EVENT_FALLBACK;
+               sysc_mgmt[i].ev_q->ev_vcore = i;
+               ucq_init_raw(&sysc_mgmt[i].ev_q->ev_mbox->ev_msgs, 
+                            mmap_block + (2 * i    ) * PGSIZE, 
+                            mmap_block + (2 * i + 1) * PGSIZE); 
        }
+       /* Technically, we should munmap and free what we've alloc'd, but the
+        * kernel will clean it up for us when we exit. */
+#endif 
+#if 0   /* One global ev_mbox, separate ev_q per vcore */
+       struct event_mbox *sysc_mbox = malloc(sizeof(struct event_mbox));
+       uintptr_t two_pages = (uintptr_t)mmap(0, PGSIZE * 2, PROT_WRITE | PROT_READ,
+                                             MAP_POPULATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
+       printd("Global ucq: %08p\n", &sysc_mbox->ev_msgs);
+       assert(sysc_mbox);
+       assert(two_pages);
+       memset(sysc_mbox, 0, sizeof(struct event_mbox));
+       ucq_init_raw(&sysc_mbox->ev_msgs, two_pages, two_pages + PGSIZE);
+       for (int i = 0; i < max_vcores(); i++) {
+               sysc_mgmt[i].ev_q = get_event_q();
+               sysc_mgmt[i].ev_q->ev_flags = EVENT_IPI | EVENT_INDIR | EVENT_FALLBACK;
+               sysc_mgmt[i].ev_q->ev_vcore = i;
+               sysc_mgmt[i].ev_q->ev_mbox = sysc_mbox;
+       }
+#endif
+
        /* Create a pthread_tcb for the main thread */
        pthread_t t = (pthread_t)calloc(1, sizeof(struct pthread_tcb));
        assert(t);
        t->id = get_next_pid();
+       t->stacksize = USTACK_NUM_PAGES * PGSIZE;
+       t->stacktop = (void*)USTACKTOP;
+       t->detached = TRUE;
+       t->flags = 0;
+       t->finished = 0;
        assert(t->id == 0);
        /* Put the new pthread on the active queue */
        mcs_lock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
@@ -120,11 +152,10 @@ void __attribute__((noreturn)) pth_sched_entry(void)
        /* no one currently running, so lets get someone from the ready queue */
        struct pthread_tcb *new_thread = NULL;
        struct mcs_lock_qnode local_qn = {0};
-       /* For now, let's spin and handle events til we get a thread to run.  This
-        * will help catch races, instead of only having one core ever run a thread
-        * (if there is just one, etc).  Also, we don't need the EVENT_IPIs for this
-        * to work (since we poll handle_events() */
-       while (!new_thread) {
+       /* Try to get a thread.  If we get one, we'll break out and run it.  If not,
+        * we'll try to yield.  vcore_yield() might return, if we lost a race and
+        * had a new event come in, one that may make us able to get a new_thread */
+       do {
                handle_events(vcoreid);
                mcs_lock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
                new_thread = TAILQ_FIRST(&ready_queue);
@@ -133,21 +164,16 @@ void __attribute__((noreturn)) pth_sched_entry(void)
                        TAILQ_INSERT_TAIL(&active_queue, new_thread, next);
                        threads_active++;
                        threads_ready--;
+                       mcs_unlock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
+                       break;
                }
                mcs_unlock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
-       }
-       /* Instead of yielding, you could spin, turn off the core, set an alarm,
-        * whatever.  You want some logic to decide this.  Uthread code wil have
-        * helpers for this (like how we provide run_uthread()) */
-       if (!new_thread) {
-               /* Note, we currently don't get here (due to the while loop) */
+               /* no new thread, try to yield */
                printd("[P] No threads, vcore %d is yielding\n", vcore_id());
-               /* Not actually yielding - just spin for now, so we can get syscall
-                * unblocking events */
-               vcore_idle();
-               //sys_yield(0);
-               assert(0);
-       }
+               /* TODO: you can imagine having something smarter here, like spin for a
+                * bit before yielding (or not at all if you want to be greedy). */
+               vcore_yield();
+       } while (1);
        assert(((struct uthread*)new_thread)->state != UT_RUNNING);
        run_uthread((struct uthread*)new_thread);
        assert(0);
@@ -168,6 +194,8 @@ struct uthread *pth_thread_create(void (*func)(void), void *udata)
        pthread = (pthread_t)calloc(1, sizeof(struct pthread_tcb));
        assert(pthread);
        pthread->stacksize = PTHREAD_STACK_SIZE;        /* default */
+       pthread->finished = 0;
+       pthread->flags = 0;
        pthread->id = get_next_pid();
        pthread->detached = FALSE;                              /* default */
        /* Respect the attributes */
@@ -210,28 +238,27 @@ void pth_thread_yield(struct uthread *uthread)
 {
        struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
        struct mcs_lock_qnode local_qn = {0};
-       /* Take from the active list, and put on the ready list (tail).  Don't do
-        * this until we are done completely with the thread, since it can be
-        * restarted somewhere else. */
+       /* Remove from the active list, whether exiting or yielding.  We're holding
+        * the lock throughout both list modifications (if applicable). */
        mcs_lock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
        threads_active--;
        TAILQ_REMOVE(&active_queue, pthread, next);
-       threads_ready++;
-       TAILQ_INSERT_TAIL(&ready_queue, pthread, next);
-       mcs_unlock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
+       if (pthread->flags & PTHREAD_EXITING) {
+               mcs_unlock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
+               uthread_destroy(uthread);
+       } else {
+               /* Put it on the ready list (tail).  Don't do this until we are done
+                * completely with the thread, since it can be restarted somewhere else.
+                * */
+               threads_ready++;
+               TAILQ_INSERT_TAIL(&ready_queue, pthread, next);
+               mcs_unlock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
+       }
 }
-
-/* Thread is exiting, do your 2LS specific stuff.  You're in vcore context.
- * Don't use the thread's TLS or stack or anything. */
-void pth_thread_exit(struct uthread *uthread)
+       
+void pth_thread_destroy(struct uthread *uthread)
 {
        struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
-       struct mcs_lock_qnode local_qn = {0};
-       /* Remove from the active runqueue */
-       mcs_lock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
-       threads_active--;
-       TAILQ_REMOVE(&active_queue, pthread, next);
-       mcs_unlock_notifsafe(&queue_lock, &local_qn);
        /* Cleanup, mirroring pth_thread_create() */
        __pthread_free_stack(pthread);
        /* TODO: race on detach state */
@@ -250,84 +277,27 @@ void pth_spawn_thread(uintptr_t pc_start, void *data)
 }
 
 /* Restarts a uthread hanging off a syscall.  For the simple pthread case, we
- * just make it runnable and let the main scheduler code handle it.
- *
- * The pthread code relies on syscall handling being done per-vcore.  Don't try
- * and restart a thread on a different vcore, since you'll get screwed.  We have
- * a little test to catch that. */
+ * just make it runnable and let the main scheduler code handle it. */
 static void restart_thread(struct syscall *sysc)
 {
-       uint32_t vcoreid = vcore_id();
-       /* Using two vars to make the code simpler.  It's the same thread. */
        struct uthread *ut_restartee = (struct uthread*)sysc->u_data;
-       struct pthread_tcb *pt_restartee = (struct pthread_tcb*)sysc->u_data;
        /* uthread stuff here: */
        assert(ut_restartee);
        assert(ut_restartee->state == UT_BLOCKED);
        assert(ut_restartee->sysc == sysc);
        ut_restartee->sysc = 0; /* so we don't 'reblock' on this later */
-       /* pthread stuff here: */
-       /* Rip it from pending syscall list. */
-       assert(pt_restartee->vcoreid == vcoreid);
-       TAILQ_REMOVE(&sysc_mgmt[vcoreid].pending_syscs, pt_restartee, next);
        uthread_runnable(ut_restartee);
 }
 
 /* This handler is usually run in vcore context, though I can imagine it being
  * called by a uthread in some other threading library. */
-static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
-                               bool overflow)
+static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type)
 {
-       uint32_t vcoreid = vcore_id();
-       struct sysc_mgmt *vc_sysc_mgmt = &sysc_mgmt[vcoreid];
        struct syscall *sysc;
-       struct pthread_tcb *i, *temp;
        assert(in_vcore_context());
-       /* Handle overflow: (if we haven't started handling it yet): */
-       if (overflow && !vc_sysc_mgmt->handling_overflow) {
-               vc_sysc_mgmt->handling_overflow = TRUE;
-               printd("[pthread] handling syscall overflow on vcore %d\n", vcoreid);
-               /* Turn off event handling for all syscs on our list.  Note they remain
-                * on the pending_sysc list. */
-               TAILQ_FOREACH(i, &sysc_mgmt[vcoreid].pending_syscs, next) {
-                       sysc = ((struct uthread*)i)->sysc;
-                       deregister_sysc(sysc);
-               }
-               /* Handle event msgs, to get any syscs that sent messages.  We don't
-                * care about bits, since we're dealing with overflow already.  Note
-                * that pthreads currently uses an ev_q shared by a bunch of message
-                * types, so other things could also run (careful with them!). */  
-               handle_mbox_msgs(vc_sysc_mgmt->ev_q.ev_mbox);
-               /* Try to manually handle all syscs, turning on the ev_q if they are not
-                * done, and handling them if they are done.  This deals with the same
-                * issues we dealt with in pth_blockon_sysc().
-                *
-                * This might end up sucking, since we could get more overflow because
-                * of the early turning-on of events.  Alternatively, we could loop
-                * through and simply check for completion (and handle), and then do
-                * this loop. */
-               TAILQ_FOREACH_SAFE(i, &sysc_mgmt[vcoreid].pending_syscs, next, temp) {
-                       sysc = ((struct uthread*)i)->sysc;
-                       if (!reregister_sysc(sysc)) {
-                               /* They are already done, can't sign up for events, just like
-                                * when we blocked on them the first time. */
-                               restart_thread(sysc);
-                       }
-               }
-               /* Done dealing with overflow */
-               vc_sysc_mgmt->handling_overflow = FALSE;
-               /* The original sysc in an ev_msg, if any, has already been done. */
-               return;
-       }
-       /* It's a bug if we don't have a msg (we are handling a syscall bit-event)
-        * while still dealing with overflow.  The only bit events should be for the
-        * first (or subsequent) overflow. */
-       if (!ev_msg) {
-               printf("[pthread] crap, no ev_msg, overflow: %d, handling: %d!!\n",
-                      overflow, vc_sysc_mgmt->handling_overflow);
-               return;
-       }
-       /* Normal path: get the sysc from the message and just restart it */
+       /* It's a bug if we don't have a msg (we're handling a syscall bit-event) */
+       assert(ev_msg);
+       /* Get the sysc from the message and just restart it */
        sysc = ev_msg->ev_arg3;
        assert(sysc);
        restart_thread(sysc);
@@ -354,14 +324,8 @@ void pth_blockon_sysc(struct syscall *sysc)
 
        /* Set things up so we can wake this thread up later */
        sysc->u_data = current_uthread;
-       /* Put the uthread on the pending list.  Note the ordering.  We must be on
-        * the list before we register the ev_q.  All sysc's must be tracked before
-        * we tell the kernel to signal us. */
-       TAILQ_INSERT_TAIL(&sysc_mgmt[vcoreid].pending_syscs, pthread, next);
-       /* Safety: later we'll make sure we restart on the core we slept on */
-       pthread->vcoreid = vcoreid;
        /* Register our vcore's syscall ev_q to hear about this syscall. */
-       if (!register_evq(sysc, &sysc_mgmt[vcoreid].ev_q)) {
+       if (!register_evq(sysc, sysc_mgmt[vcoreid].ev_q)) {
                /* Lost the race with the call being done.  The kernel won't send the
                 * event.  Just restart him. */
                restart_thread(sysc);
@@ -451,7 +415,7 @@ int pthread_join(pthread_t thread, void** retval)
 
 int pthread_yield(void)
 {
-       uthread_yield();
+       uthread_yield(TRUE);
        return 0;
 }
 
@@ -489,7 +453,7 @@ int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t* attr, int type)
 int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* m, const pthread_mutexattr_t* attr)
 {
   m->attr = attr;
-  m->lock = 0;
+  atomic_init(&m->lock, 0);
   return 0;
 }
 
@@ -516,7 +480,7 @@ int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* m)
 
 int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* m)
 {
-  return atomic_swap(&m->lock,1) == 0 ? 0 : EBUSY;
+  return atomic_swap(&m->lock, 1) == 0 ? 0 : EBUSY;
 }
 
 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* m)
@@ -524,7 +488,7 @@ int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* m)
   /* Need to prevent the compiler (and some arches) from reordering older
    * stores */
   wmb();
-  m->lock = 0;
+  atomic_set(&m->lock, 0);
   return 0;
 }
 
@@ -569,11 +533,11 @@ int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *c)
 
 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *c, pthread_mutex_t *m)
 {
-  int old_waiter = c->next_waiter;
-  int my_waiter = c->next_waiter;
+  uint32_t old_waiter = c->next_waiter;
+  uint32_t my_waiter = c->next_waiter;
   
   //allocate a slot
-  while (atomic_swap (& (c->in_use[my_waiter]), SLOT_IN_USE) == SLOT_IN_USE)
+  while (atomic_swap_u32(& (c->in_use[my_waiter]), SLOT_IN_USE) == SLOT_IN_USE)
   {
     my_waiter = (my_waiter + 1) % MAX_PTHREADS;
     assert (old_waiter != my_waiter);  // do not want to wrap around
@@ -630,12 +594,14 @@ void pthread_exit(void *ret)
 {
        struct pthread_tcb *pthread = pthread_self();
        pthread->retval = ret;
-       uthread_exit();
+       /* So our pth_thread_yield knows we want to exit */
+       pthread->flags |= PTHREAD_EXITING;
+       uthread_yield(FALSE);
 }
 
 int pthread_once(pthread_once_t* once_control, void (*init_routine)(void))
 {
-  if(atomic_swap(once_control,1) == 0)
+  if (atomic_swap_u32(once_control, 1) == 0)
     init_routine();
   return 0;
 }