Add a few more pthread compilant definitions
[akaros.git] / user / pthread / pthread.c
index 20c0cfc..af7a5fc 100644 (file)
@@ -1,4 +1,7 @@
-#include <ros/arch/trapframe.h>
+// Needed for sigmask functions...
+#define _GNU_SOURCE
+
+#include <ros/trapframe.h>
 #include <pthread.h>
 #include <vcore.h>
 #include <mcs.h>
 #include <arch/arch.h>
 #include <sys/queue.h>
 #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);
 struct mcs_pdr_lock queue_lock;
-pthread_once_t init_once = PTHREAD_ONCE_INIT;
 int threads_ready = 0;
 int threads_active = 0;
+atomic_t threads_total;
 bool can_adjust_vcores = TRUE;
+bool need_tls = TRUE;
 
 /* Array of per-vcore structs to manage waiting on syscalls and handling
  * overflow.  Init'd in pth_init(). */
@@ -39,11 +42,14 @@ void pth_thread_runnable(struct uthread *uthread);
 void pth_thread_paused(struct uthread *uthread);
 void pth_thread_blockon_sysc(struct uthread *uthread, void *sysc);
 void pth_thread_has_blocked(struct uthread *uthread, int flags);
+void pth_thread_refl_fault(struct uthread *uthread, unsigned int trap_nr,
+                           unsigned int err, unsigned long aux);
 void pth_preempt_pending(void);
 void pth_spawn_thread(uintptr_t pc_start, void *data);
 
 /* Event Handlers */
-static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type);
+static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
+                               void *data);
 
 struct schedule_ops pthread_sched_ops = {
        pth_sched_entry,
@@ -51,6 +57,7 @@ struct schedule_ops pthread_sched_ops = {
        pth_thread_paused,
        pth_thread_blockon_sysc,
        pth_thread_has_blocked,
+       pth_thread_refl_fault,
        0, /* pth_preempt_pending, */
        0, /* pth_spawn_thread, */
 };
@@ -61,6 +68,135 @@ struct schedule_ops *sched_ops = &pthread_sched_ops;
 /* Static helpers */
 static void __pthread_free_stack(struct pthread_tcb *pt);
 static int __pthread_allocate_stack(struct pthread_tcb *pt);
+static void __pth_yield_cb(struct uthread *uthread, void *junk);
+
+/* Swap the contents of two user contexts (not just their pointers). */
+static void swap_user_contexts(struct user_context *c1, struct user_context *c2)
+{
+       struct user_context temp_ctx;
+       temp_ctx = *c1;
+       *c1 = *c2;
+       *c2 = temp_ctx;
+}
+
+/* Prep a pthread to run a signal handler.  The original context of the pthread
+ * is saved, and a new context with a new stack is set up to run the signal
+ * handler the next time the pthread is run. */
+static void __pthread_prep_sighandler(struct pthread_tcb *pthread,
+                                      void (*entry)(void),
+                                      struct siginfo *info)
+{
+       struct user_context *ctx;
+
+       pthread->sigdata = alloc_sigdata();
+       if (info != NULL)
+               pthread->sigdata->info = *info;
+       init_user_ctx(&pthread->sigdata->u_ctx,
+                     (uintptr_t)entry,
+                     (uintptr_t)pthread->sigdata->stack);
+       if (pthread->uthread.flags & UTHREAD_SAVED) {
+               ctx = &pthread->uthread.u_ctx;
+               if (pthread->uthread.flags & UTHREAD_FPSAVED) {
+                       pthread->sigdata->as = pthread->uthread.as;
+                       pthread->uthread.flags &= ~UTHREAD_FPSAVED;
+               }
+       } else {
+               assert(current_uthread == &pthread->uthread);
+               ctx = &vcpd_of(vcore_id())->uthread_ctx;
+               save_fp_state(&pthread->sigdata->as);
+       }
+       swap_user_contexts(ctx, &pthread->sigdata->u_ctx);
+}
+
+/* Restore the context saved as the result of running a signal handler on a
+ * pthread. This context will execute the next time the pthread is run. */
+static void __pthread_restore_after_sighandler(struct pthread_tcb *pthread)
+{
+       pthread->uthread.u_ctx = pthread->sigdata->u_ctx;
+       pthread->uthread.flags |= UTHREAD_SAVED;
+       if (pthread->uthread.u_ctx.type == ROS_HW_CTX) {
+               pthread->uthread.as = pthread->sigdata->as;
+               pthread->uthread.flags |= UTHREAD_FPSAVED;
+       }
+       free_sigdata(pthread->sigdata);
+       pthread->sigdata = NULL;
+}
+
+/* Callback when yielding a pthread after upon completion of a sighandler.  We
+ * didn't save the current context on yeild, but that's ok because here we
+ * restore the original saved context of the pthread and then treat this like a
+ * normal voluntary yield. */
+static void __exit_sighandler_cb(struct uthread *uthread, void *junk)
+{
+       __pthread_restore_after_sighandler((struct pthread_tcb*)uthread);
+       __pth_yield_cb(uthread, 0);
+}
+
+/* Run a specific sighandler from the top of the sigdata stack. The 'info'
+ * struct is prepopulated before the call is triggered as the result of a
+ * reflected fault. */
+static void __run_sighandler()
+{
+       struct pthread_tcb *me = pthread_self();
+       __sigdelset(&me->sigpending, me->sigdata->info.si_signo);
+       trigger_posix_signal(me->sigdata->info.si_signo,
+                            &me->sigdata->info,
+                            &me->sigdata->u_ctx);
+       uthread_yield(FALSE, __exit_sighandler_cb, 0);
+}
+
+/* Run through all pending sighandlers and trigger them with a NULL info field.
+ * These handlers are triggered as the result of a pthread_kill(), and thus
+ * don't require individual 'info' structs. */
+static void __run_pending_sighandlers()
+{
+       struct pthread_tcb *me = pthread_self();
+       sigset_t andset = me->sigpending & (~me->sigmask);
+       for (int i = 1; i < _NSIG; i++) {
+               if (__sigismember(&andset, i)) {
+                       __sigdelset(&me->sigpending, i);
+                       trigger_posix_signal(i, NULL, &me->sigdata->u_ctx);
+               }
+       }
+       uthread_yield(FALSE, __exit_sighandler_cb, 0);
+}
+
+/* If the given signal is unmasked, prep the pthread to run it's signal
+ * handler, but don't run it yet. In either case, make the pthread runnable
+ * again. Once the signal handler is complete, the original context will be
+ * restored and restarted. */
+static void __pthread_signal_and_restart(struct pthread_tcb *pthread,
+                                          int signo, int code, void *addr)
+{
+       if (!__sigismember(&pthread->sigmask, signo)) {
+               if (pthread->sigdata) {
+                       printf("Pthread sighandler faulted, signal: %d\n", signo);
+                       /* uthread.c already copied out the faulting ctx into the uth */
+                       print_user_context(&pthread->uthread.u_ctx);
+                       exit(-1);
+               }
+               struct siginfo info = {0};
+               info.si_signo = signo;
+               info.si_code = code;
+               info.si_addr = addr;
+               __pthread_prep_sighandler(pthread, __run_sighandler, &info);
+       }
+       pth_thread_runnable(&pthread->uthread);
+}
+
+/* If there are any pending signals, prep the pthread to run it's signal
+ * handler. The next time the pthread is run, it will pop into it's signal
+ * handler context instead of its original saved context. Once the signal
+ * handler is complete, the original context will be restored and restarted. */
+static void __pthread_prep_for_pending_posix_signals(pthread_t pthread)
+{
+       if (!pthread->sigdata && pthread->sigpending) {
+               sigset_t andset = pthread->sigpending & (~pthread->sigmask);
+               if (!__sigisemptyset(&andset)) {
+                       __pthread_prep_sighandler(pthread, __run_pending_sighandlers, NULL);
+               }
+       }
+}
 
 /* Called from vcore entry.  Options usually include restarting whoever was
  * running there before or running a new thread.  Events are handled out of
@@ -69,6 +205,10 @@ void __attribute__((noreturn)) pth_sched_entry(void)
 {
        uint32_t vcoreid = vcore_id();
        if (current_uthread) {
+               /* Prep the pthread to run any pending posix signal handlers registered
+         * via pthread_kill once it is restored. */
+               __pthread_prep_for_pending_posix_signals((pthread_t)current_uthread);
+               /* Run the thread itself */
                run_current_uthread();
                assert(0);
        }
@@ -105,6 +245,10 @@ void __attribute__((noreturn)) pth_sched_entry(void)
                        vcore_yield(FALSE);
        } while (1);
        assert(new_thread->state == PTH_RUNNABLE);
+       /* Prep the pthread to run any pending posix signal handlers registered
+     * via pthread_kill once it is restored. */
+       __pthread_prep_for_pending_posix_signals(new_thread);
+       /* Run the thread itself */
        run_uthread((struct uthread*)new_thread);
        assert(0);
 }
@@ -116,6 +260,8 @@ static void __pthread_run(void)
        pthread_exit(me->start_routine(me->arg));
 }
 
+/* GIANT WARNING: if you make any changes to this, also change the broadcast
+ * wakeups (cond var, barrier, etc) */
 void pth_thread_runnable(struct uthread *uthread)
 {
        struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
@@ -140,6 +286,7 @@ void pth_thread_runnable(struct uthread *uthread)
        /* Insert the newly created thread into the ready queue of threads.
         * It will be removed from this queue later when vcore_entry() comes up */
        mcs_pdr_lock(&queue_lock);
+       /* Again, GIANT WARNING: if you change this, change batch wakeup code */
        TAILQ_INSERT_TAIL(&ready_queue, pthread, next);
        threads_ready++;
        mcs_pdr_unlock(&queue_lock);
@@ -174,7 +321,7 @@ void pth_thread_paused(struct uthread *uthread)
        /* At this point, you could do something clever, like put it at the front of
         * the runqueue, see if it was holding a lock, do some accounting, or
         * whatever. */
-       uthread_runnable(uthread);
+       pth_thread_runnable(uthread);
 }
 
 /* Restarts a uthread hanging off a syscall.  For the simple pthread case, we
@@ -187,12 +334,13 @@ static void restart_thread(struct syscall *sysc)
        assert(((struct pthread_tcb*)ut_restartee)->state == PTH_BLK_SYSC);
        assert(ut_restartee->sysc == sysc);     /* set in uthread.c */
        ut_restartee->sysc = 0; /* so we don't 'reblock' on this later */
-       uthread_runnable(ut_restartee);
+       pth_thread_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)
+static void pth_handle_syscall(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
+                               void *data)
 {
        struct syscall *sysc;
        assert(in_vcore_context());
@@ -220,7 +368,6 @@ void pth_thread_blockon_sysc(struct uthread *uthread, void *syscall)
 {
        struct syscall *sysc = (struct syscall*)syscall;
        int old_flags;
-       bool need_to_restart = FALSE;
        uint32_t vcoreid = vcore_id();
        /* rip from the active queue */
        struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
@@ -253,6 +400,77 @@ void pth_thread_has_blocked(struct uthread *uthread, int flags)
                printf("For great justice!\n");
 }
 
+static void handle_div_by_zero(struct uthread *uthread, unsigned int err,
+                               unsigned long aux)
+{
+       struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
+       __pthread_signal_and_restart(pthread, SIGFPE, FPE_INTDIV, (void*)aux);
+}
+
+static void handle_gp_fault(struct uthread *uthread, unsigned int err,
+                            unsigned long aux)
+{
+       struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
+       __pthread_signal_and_restart(pthread, SIGSEGV, SEGV_ACCERR, (void*)aux);
+}
+
+static void handle_page_fault(struct uthread *uthread, unsigned int err,
+                              unsigned long aux)
+{
+       struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
+       if (!(err & PF_VMR_BACKED)) {
+               __pthread_signal_and_restart(pthread, SIGSEGV, SEGV_MAPERR, (void*)aux);
+       } else {
+               /* stitching for the event handler.  sysc -> uth, uth -> sysc */
+               uthread->local_sysc.u_data = uthread;
+               uthread->sysc = &uthread->local_sysc;
+               pthread->state = PTH_BLK_SYSC;
+               /* one downside is that we'll never check the return val of the syscall.  if
+                * we errored out, we wouldn't know til we PF'd again, and inspected the old
+                * retval/err and other sysc fields (make sure the PF is on the same addr,
+                * etc).  could run into this issue on truncated files too. */
+               syscall_async(&uthread->local_sysc, SYS_populate_va, aux, 1);
+               if (!register_evq(&uthread->local_sysc, sysc_mgmt[vcore_id()].ev_q)) {
+                       /* Lost the race with the call being done.  The kernel won't send the
+                        * event.  Just restart him. */
+                       restart_thread(&uthread->local_sysc);
+               }
+       }
+}
+
+void pth_thread_refl_fault(struct uthread *uthread, unsigned int trap_nr,
+                           unsigned int err, unsigned long aux)
+{
+       struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
+       pthread->state = PTH_BLK_SYSC;
+       mcs_pdr_lock(&queue_lock);
+       threads_active--;
+       TAILQ_REMOVE(&active_queue, pthread, next);
+       mcs_pdr_unlock(&queue_lock);
+
+       /* TODO: RISCV/x86 issue! (0 is divby0, 14 is PF, etc) */
+#if defined(__i386__) || defined(__x86_64__) 
+       switch(trap_nr) {
+               case 0:
+                       handle_div_by_zero(uthread, err, aux);
+                       break;
+               case 13:
+                       handle_gp_fault(uthread, err, aux);
+                       break;
+               case 14:
+                       handle_page_fault(uthread, err, aux);
+                       break;
+               default:
+                       printf("Pthread has unhandled fault: %d\n", trap_nr);
+                       /* Note that uthread.c already copied out our ctx into the uth struct */
+                       print_user_context(&uthread->u_ctx);
+                       exit(-1);
+       }
+#else
+       #error "Handling hardware faults is currently only supported on x86"
+#endif
+}
+
 void pth_preempt_pending(void)
 {
 }
@@ -271,6 +489,11 @@ void pthread_can_vcore_request(bool can)
        can_adjust_vcores = can;
 }
 
+void pthread_need_tls(bool need)
+{
+       need_tls = need;
+}
+
 /* Pthread interface stuff and helpers */
 
 int pthread_attr_init(pthread_attr_t *a)
@@ -287,7 +510,8 @@ int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *a)
 
 static void __pthread_free_stack(struct pthread_tcb *pt)
 {
-       assert(!munmap(pt->stacktop - pt->stacksize, pt->stacksize));
+       int ret = munmap(pt->stacktop - pt->stacksize, pt->stacksize);
+       assert(!ret);
 }
 
 static int __pthread_allocate_stack(struct pthread_tcb *pt)
@@ -314,35 +538,61 @@ int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize)
        attr->stacksize = stacksize;
        return 0;
 }
+
 int pthread_attr_getstacksize(const pthread_attr_t *attr, size_t *stacksize)
 {
        *stacksize = attr->stacksize;
        return 0;
 }
 
+int pthread_attr_getstack(const pthread_attr_t *__restrict __attr,
+                                                  void **__stackaddr, size_t *__stacksize)
+{
+       *__stackaddr = __attr->stackaddr;
+       *__stacksize = __attr->stacksize;
+       return 0;
+}
+
+int pthread_getattr_np(pthread_t __th, pthread_attr_t *__attr)
+{
+       __attr->stackaddr = __th->stacktop - __th->stacksize;
+       __attr->stacksize = __th->stacksize;
+       if (__th->detached)
+               __attr->detachstate = PTHREAD_CREATE_DETACHED;
+       else
+               __attr->detachstate = PTHREAD_CREATE_JOINABLE;
+       return 0;
+}
+
 /* Do whatever init you want.  At some point call uthread_lib_init() and pass it
  * a uthread representing thread0 (int main()) */
 void pthread_lib_init(void)
 {
        uintptr_t mmap_block;
+       struct pthread_tcb *t;
+       int ret;
        /* Some testing code might call this more than once (once for a slimmed down
         * pth 2LS, and another from pthread_create().  Also, this is racy, but the
         * first time through we are an SCP. */
-       init_once(return);
+       init_once_racy(return);
        assert(!in_multi_mode());
        mcs_pdr_init(&queue_lock);
        /* Create a pthread_tcb for the main thread */
-       pthread_t t = (pthread_t)calloc(1, sizeof(struct pthread_tcb));
-       assert(t);
+       ret = posix_memalign((void**)&t, __alignof__(struct pthread_tcb),
+                            sizeof(struct pthread_tcb));
+       assert(!ret);
+       memset(t, 0, sizeof(struct pthread_tcb));       /* aggressively 0 for bugs */
        t->id = get_next_pid();
        t->stacksize = USTACK_NUM_PAGES * PGSIZE;
        t->stacktop = (void*)USTACKTOP;
        t->detached = TRUE;
        t->state = PTH_RUNNING;
        t->joiner = 0;
+       __sigemptyset(&t->sigmask);
+       __sigemptyset(&t->sigpending);
        assert(t->id == 0);
        /* Put the new pthread (thread0) on the active queue */
-       mcs_pdr_lock(&queue_lock);      /* arguably, we don't need these (_S mode) */
+       mcs_pdr_lock(&queue_lock);
        threads_active++;
        TAILQ_INSERT_TAIL(&active_queue, t, next);
        mcs_pdr_unlock(&queue_lock);
@@ -355,7 +605,7 @@ void pthread_lib_init(void)
        enable_kevent(EV_USER_IPI, 0, EVENT_IPI | EVENT_VCORE_PRIVATE);
 
        /* Handle syscall events. */
-       ev_handlers[EV_SYSCALL] = pth_handle_syscall;
+       register_ev_handler(EV_SYSCALL, pth_handle_syscall, 0);
        /* Set up the per-vcore structs to track outstanding syscalls */
        sysc_mgmt = malloc(sizeof(struct sysc_mgmt) * max_vcores());
        assert(sysc_mgmt);
@@ -402,22 +652,28 @@ void pthread_lib_init(void)
         * have its init stuff use things like vcore stacks or TLSs, we'll need to
         * change this. */
        uthread_lib_init((struct uthread*)t);
+       atomic_init(&threads_total, 1);                 /* one for thread0 */
 }
 
-int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
-                   void *(*start_routine)(void *), void *arg)
+int __pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
+                     void *(*start_routine)(void *), void *arg)
 {
-       /* Racy, but the first time through we are an SCP */
+       struct uth_thread_attr uth_attr = {0};
        run_once(pthread_lib_init());
        /* Create the actual thread */
        struct pthread_tcb *pthread;
-       pthread = (pthread_t)calloc(1, sizeof(struct pthread_tcb));
-       assert(pthread);
+       int ret = posix_memalign((void**)&pthread, __alignof__(struct pthread_tcb),
+                                sizeof(struct pthread_tcb));
+       assert(!ret);
+       memset(pthread, 0, sizeof(struct pthread_tcb)); /* aggressively 0 for bugs*/
        pthread->stacksize = PTHREAD_STACK_SIZE;        /* default */
        pthread->state = PTH_CREATED;
        pthread->id = get_next_pid();
        pthread->detached = FALSE;                              /* default */
        pthread->joiner = 0;
+       pthread->sigmask = ((pthread_t)current_uthread)->sigmask;
+       __sigemptyset(&pthread->sigpending);
+       pthread->sigdata = NULL;
        /* Respect the attributes */
        if (attr) {
                if (attr->stacksize)                                    /* don't set a 0 stacksize */
@@ -431,21 +687,31 @@ int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
        /* Set the u_tf to start up in __pthread_run, which will call the real
         * start_routine and pass it the arg.  Note those aren't set until later in
         * pthread_create(). */
-       init_user_tf(&pthread->uthread.utf, (long)&__pthread_run,
-                    (long)(pthread->stacktop));
+       init_user_ctx(&pthread->uthread.u_ctx, (uintptr_t)&__pthread_run,
+                     (uintptr_t)(pthread->stacktop));
        pthread->start_routine = start_routine;
        pthread->arg = arg;
        /* Initialize the uthread */
-       uthread_init((struct uthread*)pthread);
-       uthread_runnable((struct uthread*)pthread);
+       if (need_tls)
+               uth_attr.want_tls = TRUE;
+       uthread_init((struct uthread*)pthread, &uth_attr);
        *thread = pthread;
+       atomic_inc(&threads_total);
+       return 0;
+}
+
+int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
+                   void *(*start_routine)(void *), void *arg)
+{
+       if (!__pthread_create(thread, attr, start_routine, arg))
+               pth_thread_runnable((struct uthread*)*thread);
        return 0;
 }
 
 /* Helper that all pthread-controlled yield paths call.  Just does some
  * accounting.  This is another example of how the much-loathed (and loved)
- * active queue is keeping us honest. */
-static void __pthread_generic_yield(struct pthread_tcb *pthread)
+ * active queue is keeping us honest.  Need to export for sem and friends. */
+void __pthread_generic_yield(struct pthread_tcb *pthread)
 {
        mcs_pdr_lock(&queue_lock);
        threads_active--;
@@ -473,7 +739,7 @@ static void __pth_join_cb(struct uthread *uthread, void *arg)
                /* wake ourselves, not the exited one! */
                printd("[pth] %08p already exit, rewaking ourselves, joiner %08p\n",
                       temp_pth, pthread);
-               uthread_runnable(uthread);      /* wake ourselves */
+               pth_thread_runnable(uthread);   /* wake ourselves */
        }
 }
 
@@ -529,14 +795,22 @@ static void __pth_exit_cb(struct uthread *uthread, void *junk)
                        /* they joined before we exited, we need to wake them */
                        printd("[pth] %08p exiting, waking joiner %08p\n",
                               pthread, temp_pth);
-                       uthread_runnable((struct uthread*)temp_pth);
+                       pth_thread_runnable((struct uthread*)temp_pth);
                }
        }
+       /* If we were the last pthread, we exit for the whole process.  Keep in mind
+        * that thread0 is counted in this, so this will only happen if that thread
+        * calls pthread_exit(). */
+       if ((atomic_fetch_and_add(&threads_total, -1) == 1))
+               exit(0);
 }
 
 void pthread_exit(void *ret)
 {
        struct pthread_tcb *pthread = pthread_self();
+       /* Some apps could call pthread_exit before initing.  This will slow down
+        * our pthread exits slightly. */
+       pthread_lib_init();
        pthread->retval = ret;
        destroy_dtls();
        uthread_yield(FALSE, __pth_exit_cb, 0);
@@ -551,7 +825,7 @@ static void __pth_yield_cb(struct uthread *uthread, void *junk)
        __pthread_generic_yield(pthread);
        pthread->state = PTH_BLK_YIELDING;
        /* just immediately restart it */
-       uthread_runnable(uthread);
+       pth_thread_runnable(uthread);
 }
 
 /* Cooperative yielding of the processor, to allow other threads to run */
@@ -599,6 +873,24 @@ int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* m, const pthread_mutexattr_t* attr)
   return 0;
 }
 
+/* Helper for spinning sync, returns TRUE if it is okay to keep spinning.
+ *
+ * Alternatives include:
+ *             old_count <= num_vcores() (barrier code, pass in old_count as *state, 
+ *                                        but this only works if every awake pthread
+ *                                        will belong to the barrier).
+ *             just spin for a bit       (use *state to track spins)
+ *             FALSE                     (always is safe)
+ *             etc...
+ * 'threads_ready' isn't too great since sometimes it'll be non-zero when it is
+ * about to become 0.  We really want "I have no threads waiting to run that
+ * aren't going to run on their on unless this core yields instead of spins". */
+/* TODO: consider making this a 2LS op */
+static inline bool safe_to_spin(unsigned int *state)
+{
+       return !threads_ready;
+}
+
 /* Set *spun to 0 when calling this the first time.  It will yield after 'spins'
  * calls.  Use this for adaptive mutexes and such. */
 static inline void spin_to_sleep(unsigned int spins, unsigned int *spun)
@@ -644,83 +936,137 @@ int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* m)
 
 int pthread_cond_init(pthread_cond_t *c, const pthread_condattr_t *a)
 {
-  c->attr = a;
-  memset(c->waiters,0,sizeof(c->waiters));
-  memset(c->in_use,0,sizeof(c->in_use));
-  c->next_waiter = 0;
-  return 0;
+       TAILQ_INIT(&c->waiters);
+       spin_pdr_init(&c->spdr_lock);
+       if (a) {
+               c->attr_pshared = a->pshared;
+               c->attr_clock = a->clock;
+       } else {
+               c->attr_pshared = PTHREAD_PROCESS_PRIVATE;
+               c->attr_clock = 0;
+       }
+       return 0;
 }
 
 int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *c)
 {
-  return 0;
+       return 0;
 }
 
 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *c)
 {
-  memset(c->waiters,0,sizeof(c->waiters));
-  return 0;
+       unsigned int nr_woken = 0;      /* assuming less than 4 bil threads */
+       struct pthread_queue restartees = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(restartees);
+       struct pthread_tcb *pthread_i;
+       spin_pdr_lock(&c->spdr_lock);
+       /* moves all items from waiters onto the end of restartees */
+       TAILQ_CONCAT(&restartees, &c->waiters, next);
+       spin_pdr_unlock(&c->spdr_lock);
+       /* Do the work of pth_thread_runnable().  We're in uth context here, but I
+        * think it's okay.  When we need to (when locking) we drop into VC ctx, as
+        * far as the kernel and other cores are concerned. */
+       TAILQ_FOREACH(pthread_i, &restartees, next) {
+               pthread_i->state = PTH_RUNNABLE;
+               nr_woken++;
+       }
+       /* Amortize the lock grabbing over all restartees */
+       mcs_pdr_lock(&queue_lock);
+       threads_ready += nr_woken;
+       TAILQ_CONCAT(&ready_queue, &restartees, next);
+       mcs_pdr_unlock(&queue_lock);
+       if (can_adjust_vcores)
+               vcore_request(threads_ready);
+       return 0;
 }
 
+/* spec says this needs to work regardless of whether or not it holds the mutex
+ * already. */
 int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *c)
 {
-  int i;
-  for(i = 0; i < MAX_PTHREADS; i++)
-  {
-    if(c->waiters[i])
-    {
-      c->waiters[i] = 0;
-      break;
-    }
-  }
-  return 0;
+       struct pthread_tcb *pthread;
+       spin_pdr_lock(&c->spdr_lock);
+       pthread = TAILQ_FIRST(&c->waiters);
+       if (!pthread) {
+               spin_pdr_unlock(&c->spdr_lock);
+               return 0;
+       }
+       TAILQ_REMOVE(&c->waiters, pthread, next);
+       spin_pdr_unlock(&c->spdr_lock);
+       pth_thread_runnable((struct uthread*)pthread);
+       return 0;
 }
 
-int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *c, pthread_mutex_t *m)
+/* Communicate btw cond_wait and its callback */
+struct cond_junk {
+       pthread_cond_t                          *c;
+       pthread_mutex_t                         *m;
+};
+
+/* Callback/bottom half of cond wait.  For those writing these pth callbacks,
+ * the minimum is call generic, set state (communicate with runnable), then do
+ * something that causes it to be runnable in the future (or right now). */
+static void __pth_wait_cb(struct uthread *uthread, void *junk)
 {
-  uint32_t old_waiter = c->next_waiter;
-  uint32_t my_waiter = c->next_waiter;
-  
-  //allocate a slot
-  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
-  }
-  c->waiters[my_waiter] = WAITER_WAITING;
-  c->next_waiter = (my_waiter+1) % MAX_PTHREADS;  // race on next_waiter but ok, because it is advisary
-
-  pthread_mutex_unlock(m);
-
-  volatile int* poll = &c->waiters[my_waiter];
-  while(*poll);
-  c->in_use[my_waiter] = SLOT_FREE;
-  pthread_mutex_lock(m);
+       struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
+       pthread_cond_t *c = ((struct cond_junk*)junk)->c;
+       pthread_mutex_t *m = ((struct cond_junk*)junk)->m;
+       /* this removes us from the active list; we can reuse next below */
+       __pthread_generic_yield(pthread);
+       pthread->state = PTH_BLK_MUTEX;
+       spin_pdr_lock(&c->spdr_lock);
+       TAILQ_INSERT_TAIL(&c->waiters, pthread, next);
+       spin_pdr_unlock(&c->spdr_lock);
+       pthread_mutex_unlock(m);
+}
 
-  return 0;
+int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *c, pthread_mutex_t *m)
+{
+       struct cond_junk local_junk;
+       local_junk.c = c;
+       local_junk.m = m;
+       uthread_yield(TRUE, __pth_wait_cb, &local_junk);
+       pthread_mutex_lock(m);
+       return 0;
 }
 
 int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *a)
 {
-  a = PTHREAD_PROCESS_PRIVATE;
-  return 0;
+       a->pshared = PTHREAD_PROCESS_PRIVATE;
+       a->clock = 0;
+       return 0;
 }
 
 int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *a)
 {
-  return 0;
+       return 0;
+}
+
+int pthread_condattr_getpshared(pthread_condattr_t *a, int *s)
+{
+       *s = a->pshared;
+       return 0;
 }
 
 int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *a, int s)
 {
-  a->pshared = s;
-  return 0;
+       a->pshared = s;
+       if (s == PTHREAD_PROCESS_SHARED) {
+               printf("Warning: we don't do shared pthread condvars btw diff MCPs\n");
+               return -1;
+       }
+       return 0;
 }
 
-int pthread_condattr_getpshared(pthread_condattr_t *a, int *s)
+int pthread_condattr_getclock(const pthread_condattr_t *attr,
+                              clockid_t *clock_id)
 {
-  *s = a->pshared;
-  return 0;
+       *clock_id = attr->clock;
+}
+
+int pthread_condattr_setclock(pthread_condattr_t *attr, clockid_t clock_id)
+{
+       printf("Warning: we don't do pthread condvar clock stuff\n");
+       attr->clock = clock_id;
 }
 
 pthread_t pthread_self()
@@ -740,45 +1086,129 @@ int pthread_once(pthread_once_t* once_control, void (*init_routine)(void))
   return 0;
 }
 
-int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t* b, const pthread_barrierattr_t* a, int count)
+int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *b,
+                         const pthread_barrierattr_t *a, int count)
 {
-  b->nprocs = b->count = count;
-  b->sense = 0;
-  pthread_mutex_init(&b->pmutex, 0);
-  return 0;
+       b->total_threads = count;
+       b->sense = 0;
+       atomic_set(&b->count, count);
+       spin_pdr_init(&b->lock);
+       TAILQ_INIT(&b->waiters);
+       b->nr_waiters = 0;
+       return 0;
 }
 
-int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t* b)
-{
-  unsigned int spinner = 0;
-  int ls = !b->sense;
+struct barrier_junk {
+       pthread_barrier_t                               *b;
+       int                                                             ls;
+};
 
-  pthread_mutex_lock(&b->pmutex);
-  int count = --b->count;
-  pthread_mutex_unlock(&b->pmutex);
+/* Callback/bottom half of barrier. */
+static void __pth_barrier_cb(struct uthread *uthread, void *junk)
+{
+       struct pthread_tcb *pthread = (struct pthread_tcb*)uthread;
+       pthread_barrier_t *b = ((struct barrier_junk*)junk)->b;
+       int ls = ((struct barrier_junk*)junk)->ls;
+       /* Removes from active list, we can reuse.  must also restart */
+       __pthread_generic_yield(pthread);
+       /* TODO: if we used a trylock, we could bail as soon as we see sense */
+       spin_pdr_lock(&b->lock);
+       /* If sense is ls (our free value), we lost the race and shouldn't sleep */
+       if (b->sense == ls) {
+               /* TODO: i'd like to fast-path the wakeup, skipping pth_runnable */
+               pthread->state = PTH_BLK_YIELDING;      /* not sure which state for this */
+               spin_pdr_unlock(&b->lock);
+               pth_thread_runnable(uthread);
+               return;
+       }
+       /* otherwise, we sleep */
+       pthread->state = PTH_BLK_MUTEX; /* TODO: consider ignoring this */
+       TAILQ_INSERT_TAIL(&b->waiters, pthread, next);
+       b->nr_waiters++;
+       spin_pdr_unlock(&b->lock);
+}
 
-  if(count == 0)
-  {
-    printd("Thread %d is last to hit the barrier, resetting...\n", pthread_self()->id);
-    b->count = b->nprocs;
-       wmb();
-    b->sense = ls;
-    return PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD;
-  }
-  else
-  {
-    while(b->sense != ls) {
-      cpu_relax();
-      spin_to_sleep(PTHREAD_BARRIER_SPINS, &spinner);
-    }
-    return 0;
-  }
+/* We assume that the same threads participating in the barrier this time will
+ * also participate next time.  Imagine a thread stopped right after its fetch
+ * and add - we know it is coming through eventually.  We finish and change the
+ * sense, which should allow the delayed thread to eventually break through.
+ * But if another n threads come in first, we'll set the sense back to the old
+ * value, thereby catching the delayed thread til the next barrier. 
+ *
+ * A note on preemption: if any thread gets preempted and it is never dealt
+ * with, eventually we deadlock, with all threads waiting on the last one to
+ * enter (and any stragglers from one run will be the last in the next run).
+ * One way or another, we need to handle preemptions.  The current 2LS requests
+ * an IPI for a preempt, so we'll be fine.  Any other strategies will need to
+ * consider how barriers work.  Any time we sleep, we'll be okay (since that
+ * frees up our core to handle preemptions/run other threads. */
+int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *b)
+{
+       unsigned int spin_state = 0;
+       int ls = !b->sense;     /* when b->sense is the value we read, then we're free*/
+       int nr_waiters;
+       struct pthread_queue restartees = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(restartees);
+       struct pthread_tcb *pthread_i;
+       struct barrier_junk local_junk;
+       
+       long old_count = atomic_fetch_and_add(&b->count, -1);
+
+       if (old_count == 1) {
+               printd("Thread %d is last to hit the barrier, resetting...\n",
+                      pthread_self()->id);
+               /* TODO: we might want to grab the lock right away, so a few short
+                * circuit faster? */
+               atomic_set(&b->count, b->total_threads);
+               /* we still need to maintain ordering btw count and sense, in case
+                * another thread doesn't sleep (if we wrote sense first, they could
+                * break out, race around, and muck with count before it is time) */
+               /* wmb(); handled by the spin lock */
+               spin_pdr_lock(&b->lock);
+               /* Sense is only protected in addition to decisions to sleep */
+               b->sense = ls;  /* set to free everyone */
+               /* All access to nr_waiters is protected by the lock */
+               if (!b->nr_waiters) {
+                       spin_pdr_unlock(&b->lock);
+                       return PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD;
+               }
+               TAILQ_CONCAT(&restartees, &b->waiters, next);
+               nr_waiters = b->nr_waiters;
+               b->nr_waiters = 0;
+               spin_pdr_unlock(&b->lock);
+               /* TODO: do we really need this state tracking? */
+               TAILQ_FOREACH(pthread_i, &restartees, next)
+                       pthread_i->state = PTH_RUNNABLE;
+               /* bulk restart waiters (skipping pth_thread_runnable()) */
+               mcs_pdr_lock(&queue_lock);
+               threads_ready += nr_waiters;
+               TAILQ_CONCAT(&ready_queue, &restartees, next);
+               mcs_pdr_unlock(&queue_lock);
+               if (can_adjust_vcores)
+                       vcore_request(threads_ready);
+               return PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD;
+       } else {
+               /* Spin if there are no other threads to run.  No sense sleeping */
+               do {
+                       if (b->sense == ls)
+                               return 0;
+                       cpu_relax();
+               } while (safe_to_spin(&spin_state));
+
+               /* Try to sleep, when we wake/return, we're free to go */
+               local_junk.b = b;
+               local_junk.ls = ls;
+               uthread_yield(TRUE, __pth_barrier_cb, &local_junk);
+               // assert(b->sense == ls);
+               return 0;
+       }
 }
 
-int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_tb)
+int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *b)
 {
-  pthread_mutex_destroy(&b->pmutex);
-  return 0;
+       assert(TAILQ_EMPTY(&b->waiters));
+       assert(!b->nr_waiters);
+       /* Free any locks (if we end up using an MCS) */
+       return 0;
 }
 
 int pthread_detach(pthread_t thread)
@@ -788,17 +1218,38 @@ int pthread_detach(pthread_t thread)
        return 0;
 }
 
-int pthread_kill (pthread_t __threadid, int __signo)
+int pthread_kill(pthread_t thread, int signo)
 {
-       printf("pthread_kill is not yet implemented!");
-       return -1;
+       // Slightly racy with clearing of mask when triggering the signal, but
+       // that's OK, as signals are inherently racy since they don't queue up.
+       return sigaddset(&thread->sigpending, signo);
 }
 
 
 int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset)
 {
-       printf("pthread_sigmask is not yet implemented!");
-       return -1;
+       if (how != SIG_BLOCK && how != SIG_SETMASK && how != SIG_UNBLOCK) {
+               errno = EINVAL;
+               return -1;
+       }
+
+       pthread_t pthread = ((struct pthread_tcb*)current_uthread);
+       if (oset)
+               *oset = pthread->sigmask;
+       switch (how) {
+               case SIG_BLOCK:
+                       pthread->sigmask = pthread->sigmask | *set;
+                       break;
+               case SIG_SETMASK:
+                       pthread->sigmask = *set;
+                       break;
+               case SIG_UNBLOCK:
+                       pthread->sigmask = pthread->sigmask & ~(*set);
+                       break;
+       }
+       // Ensures any signals we just unmasked get processed if they are pending
+       pthread_yield();
+       return 0;
 }
 
 int pthread_sigqueue(pthread_t *thread, int sig, const union sigval value)
@@ -831,3 +1282,26 @@ int pthread_setspecific(pthread_key_t key, const void *value)
        return 0;
 }
 
+int pthread_mutex_timedlock (pthread_mutex_t *__restrict __mutex,
+                                       const struct timespec *__restrict
+                                       __abstime)
+{
+       fprintf(stderr, "Unsupported %s!", __FUNCTION__);
+       abort();
+       return -1;
+}
+int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *__restrict __cond,
+                                  pthread_mutex_t *__restrict __mutex,
+                                  const struct timespec *__restrict __abstime)
+{
+       fprintf(stderr, "Unsupported %s!", __FUNCTION__);
+       abort();
+       return -1;
+}
+
+int pthread_cancel (pthread_t __th)
+{
+       fprintf(stderr, "Unsupported %s!", __FUNCTION__);
+       abort();
+       return -1;
+}