1.0.11.22: hash-table synchronization support
[sbcl.git] / src / code / target-thread.lisp
index 8185b81..b60ce71 100644 (file)
@@ -60,12 +60,7 @@ in future versions."
 (defvar *all-threads-lock* (make-mutex :name "all threads lock"))
 
 (defmacro with-all-threads-lock (&body body)
-  #!-sb-thread
-  `(locally ,@body)
-  #!+sb-thread
-  `(without-interrupts
-     (with-mutex (*all-threads-lock*)
-       ,@body)))
+  `(call-with-system-mutex (lambda () ,@body) *all-threads-lock*))
 
 (defun list-all-threads ()
   #!+sb-doc
@@ -115,25 +110,25 @@ in future versions."
     (declaim (inline %lutex-init %lutex-wait %lutex-wake
                      %lutex-lock %lutex-unlock))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_init" %lutex-init)
+    (define-alien-routine ("lutex_init" %lutex-init)
         int (lutex unsigned-long))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_wait" %lutex-wait)
+    (define-alien-routine ("lutex_wait" %lutex-wait)
         int (queue-lutex unsigned-long) (mutex-lutex unsigned-long))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_wake" %lutex-wake)
+    (define-alien-routine ("lutex_wake" %lutex-wake)
         int (lutex unsigned-long) (n int))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_lock" %lutex-lock)
+    (define-alien-routine ("lutex_lock" %lutex-lock)
         int (lutex unsigned-long))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_trylock" %lutex-trylock)
+    (define-alien-routine ("lutex_trylock" %lutex-trylock)
         int (lutex unsigned-long))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_unlock" %lutex-unlock)
+    (define-alien-routine ("lutex_unlock" %lutex-unlock)
         int (lutex unsigned-long))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine ("lutex_destroy" %lutex-destroy)
+    (define-alien-routine ("lutex_destroy" %lutex-destroy)
         int (lutex unsigned-long))
 
     ;; FIXME: Defining a whole bunch of alien-type machinery just for
@@ -160,13 +155,17 @@ in future versions."
 
   #!-sb-lutex
   (progn
-    (declaim (inline futex-wait futex-wake))
+    (declaim (inline futex-wait %futex-wait futex-wake))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine "futex_wait"
+    (define-alien-routine ("futex_wait" %futex-wait)
         int (word unsigned-long) (old-value unsigned-long)
         (to-sec long) (to-usec unsigned-long))
 
-    (sb!alien:define-alien-routine "futex_wake"
+    (defun futex-wait (word old to-sec to-usec)
+      (with-interrupts
+        (%futex-wait word old to-sec to-usec)))
+
+    (define-alien-routine "futex_wake"
         int (word unsigned-long) (n unsigned-long))))
 
 ;;; used by debug-int.lisp to access interrupt contexts
@@ -182,34 +181,32 @@ in future versions."
   (declare (type (unsigned-byte 27) n))
   (sb!vm::current-thread-offset-sap n))
 
-;;;; spinlocks
-#!+sb-thread
-(define-structure-slot-compare-and-swap
-    compare-and-swap-spinlock-value
-    :structure spinlock
-    :slot value)
-
 (declaim (inline get-spinlock release-spinlock))
 
+;; Should always be called with interrupts disabled.
 (defun get-spinlock (spinlock)
-  (declare (optimize (speed 3) (safety 0))
-           #!-sb-thread
-           (ignore spinlock))
-  ;; %instance-set-conditional can test for 0 (which is a fixnum) and
-  ;; store any value
-  #!+sb-thread
-  (loop until
-       (eql 0 (compare-and-swap-spinlock-value spinlock 0 1)))
-  t)
+  (declare (optimize (speed 3) (safety 0)))
+  (let* ((new *current-thread*)
+         (old (sb!ext:compare-and-swap (spinlock-value spinlock) nil new)))
+    (when old
+      (when (eq old new)
+        (error "Recursive lock attempt on ~S." spinlock))
+      #!+sb-thread
+      (flet ((cas ()
+               (unless (sb!ext:compare-and-swap (spinlock-value spinlock) nil new)
+                 (return-from get-spinlock t))))
+        (if (and (not *interrupts-enabled*) *allow-with-interrupts*)
+            ;; If interrupts are enabled, but we are allowed to enabled them,
+            ;; check for pending interrupts every once in a while.
+            (loop
+              (loop repeat 128 do (cas)) ; 128 is arbitrary here
+              (sb!unix::%check-interrupts))
+            (loop (cas)))))
+    t))
 
 (defun release-spinlock (spinlock)
-  (declare (optimize (speed 3) (safety 0))
-           #!-sb-thread (ignore spinlock))
-  ;; %instance-set-conditional cannot compare arbitrary objects
-  ;; meaningfully, so (compare-and-swap-spinlock-value our-value 0)
-  ;; does not work for bignum thread ids.
-  #!+sb-thread
-  (setf (spinlock-value spinlock) 0)
+  (declare (optimize (speed 3) (safety 0)))
+  (setf (spinlock-value spinlock) nil)
   nil)
 
 ;;;; mutexes
@@ -218,83 +215,131 @@ in future versions."
 (setf (fdocumentation 'make-mutex 'function)
       "Create a mutex."
       (fdocumentation 'mutex-name 'function)
-      "The name of the mutex. Setfable."
-      (fdocumentation 'mutex-value 'function)
-      "The value of the mutex. NIL if the mutex is free. Setfable.")
+      "The name of the mutex. Setfable.")
 
 #!+(and sb-thread (not sb-lutex))
 (progn
-  (define-structure-slot-addressor mutex-value-address
-      :structure mutex
-      :slot value)
-  (define-structure-slot-compare-and-swap
-      compare-and-swap-mutex-value
+  (define-structure-slot-addressor mutex-state-address
       :structure mutex
-      :slot value))
-
-(defun get-mutex (mutex &optional (new-value *current-thread*) (waitp t))
+      :slot state)
+  ;; Important: current code assumes these are fixnums or other
+  ;; lisp objects that don't need pinning.
+  (defconstant +lock-free+ 0)
+  (defconstant +lock-taken+ 1)
+  (defconstant +lock-contested+ 2))
+
+(defun get-mutex (mutex &optional (new-owner *current-thread*) (waitp t))
   #!+sb-doc
-  "Acquire MUTEX, setting it to NEW-VALUE or some suitable default
-value if NIL. If WAITP is non-NIL and the mutex is in use, sleep
-until it is available."
-  (declare (type mutex mutex) (optimize (speed 3)))
-  (/show0 "Entering GET-MUTEX")
-  (unless new-value
-    (setq new-value *current-thread*))
-  #!-sb-thread
-  (let ((old (mutex-value mutex)))
-    (when (and old waitp)
-      (error "In unithread mode, mutex ~S was requested with WAITP ~S and ~
-              new-value ~S, but has already been acquired (with value ~S)."
-             mutex waitp new-value old))
-    (setf (mutex-value mutex) new-value)
-    t)
+  "Acquire MUTEX for NEW-OWNER, which must be a thread or NIL. If
+NEW-OWNER is NIL, it defaults to the current thread. If WAITP is
+non-NIL and the mutex is in use, sleep until it is available.
+
+Note: using GET-MUTEX to assign a MUTEX to another thread then the
+current one is not recommended, and liable to be deprecated.
+
+GET-MUTEX is not interrupt safe. The correct way to call it is:
+
+ (WITHOUT-INTERRUPTS
+   ...
+   (ALLOW-WITH-INTERRUPTS (GET-MUTEX ...))
+   ...)
+
+WITHOUT-INTERRUPTS is necessary to avoid an interrupt unwinding the
+call while the mutex is in an inconsistent state while
+ALLOW-WITH-INTERRUPTS allows the call to be interrupted from sleep.
+
+It is recommended that you use WITH-MUTEX instead of calling GET-MUTEX
+directly."
+  (declare (type mutex mutex) (optimize (speed 3))
+           #!-sb-thread (ignore waitp))
+  (unless new-owner
+    (setq new-owner *current-thread*))
+  (when (eql new-owner (mutex-%owner mutex))
+    (error "Recursive lock attempt ~S." mutex))
   #!+sb-thread
   (progn
-    (when (eql new-value (mutex-value mutex))
-      (warn "recursive lock attempt ~S~%" mutex)
-      (format *debug-io* "Thread: ~A~%" *current-thread*)
-      (sb!debug:backtrace most-positive-fixnum *debug-io*)
-      (force-output *debug-io*))
     ;; FIXME: Lutexes do not currently support deadlines, as at least
     ;; on Darwin pthread_foo_timedbar functions are not supported:
     ;; this means that we probably need to use the Carbon multiprocessing
     ;; functions on Darwin.
+    ;;
+    ;; FIXME: This is definitely not interrupt safe: what happens if
+    ;; we get hit (1) during the lutex calls (ok, they may be safe,
+    ;; but has that been checked?) (2) after the lutex call, but
+    ;; before setting the mutex owner.
     #!+sb-lutex
     (when (zerop (with-lutex-address (lutex (mutex-lutex mutex))
                    (if waitp
-                       (%lutex-lock lutex)
+                       (with-interrupts (%lutex-lock lutex))
                        (%lutex-trylock lutex))))
-      (setf (mutex-value mutex) new-value))
+      (setf (mutex-%owner mutex) new-owner)
+      t)
     #!-sb-lutex
-    (let (old)
-      (when (and (setf old (compare-and-swap-mutex-value mutex nil new-value))
-                 waitp)
-        (loop while old
-              do (multiple-value-bind (to-sec to-usec) (decode-timeout nil)
-                   (when (= 1 (with-pinned-objects (mutex old)
-                                (futex-wait (mutex-value-address mutex)
-                                            (get-lisp-obj-address old)
-                                            (or to-sec -1)
-                                            (or to-usec 0))))
-                     (signal-deadline)))
-              (setf old (compare-and-swap-mutex-value mutex nil new-value))))
-      (not old))))
+    (let ((old (sb!ext:compare-and-swap (mutex-state mutex)
+                                        +lock-free+
+                                        +lock-taken+)))
+      (unless (or (eql +lock-free+ old) (not waitp))
+        (tagbody
+         :retry
+           (when (or (eql +lock-contested+ old)
+                     (not (eql +lock-free+
+                               (sb!ext:compare-and-swap (mutex-state mutex)
+                                                        +lock-taken+
+                                                        +lock-contested+))))
+             ;; Wait on the contested lock.
+             (multiple-value-bind (to-sec to-usec) (decode-timeout nil)
+               (when (= 1 (with-pinned-objects (mutex)
+                            (futex-wait (mutex-state-address mutex)
+                                        (get-lisp-obj-address +lock-contested+)
+                                        (or to-sec -1)
+                                        (or to-usec 0))))
+                 (signal-deadline))))
+           (setf old (sb!ext:compare-and-swap (mutex-state mutex)
+                                              +lock-free+
+                                              +lock-contested+))
+           ;; Did we get it?
+           (unless (eql +lock-free+ old)
+             (go :retry))))
+      (cond ((eql +lock-free+ old)
+             (let ((prev (sb!ext:compare-and-swap (mutex-%owner mutex)
+                                                  nil new-owner)))
+               (when prev
+                 (bug "Old owner in free mutex: ~S" prev))
+               t))
+            (waitp
+             (bug "Failed to acquire lock with WAITP."))))))
 
 (defun release-mutex (mutex)
   #!+sb-doc
   "Release MUTEX by setting it to NIL. Wake up threads waiting for
-this mutex."
+this mutex.
+
+RELEASE-MUTEX is not interrupt safe: interrupts should be disabled
+around calls to it.
+
+Signals a WARNING is current thread is not the current owner of the
+mutex."
   (declare (type mutex mutex))
-  (/show0 "Entering RELEASE-MUTEX")
-  (setf (mutex-value mutex) nil)
+  ;; Order matters: set owner to NIL before releasing state.
+  (let* ((self *current-thread*)
+         (old-owner (sb!ext:compare-and-swap (mutex-%owner mutex) self nil)))
+    (unless  (eql self old-owner)
+      (warn "Releasing ~S, owned by another thread: ~S" mutex old-owner)
+      (setf (mutex-%owner mutex) nil)))
   #!+sb-thread
   (progn
     #!+sb-lutex
     (with-lutex-address (lutex (mutex-lutex mutex))
       (%lutex-unlock lutex))
     #!-sb-lutex
-    (futex-wake (mutex-value-address mutex) 1)))
+    (let ((old (sb!ext:compare-and-swap (mutex-state mutex)
+                                        +lock-taken+ +lock-free+)))
+      (when (eql old +lock-contested+)
+        (sb!ext:compare-and-swap (mutex-state mutex)
+                                 +lock-contested+ +lock-free+)
+        (with-pinned-objects (mutex)
+          (futex-wake (mutex-state-address mutex) 1))))
+    nil))
 
 ;;;; waitqueues/condition variables
 
@@ -330,20 +375,21 @@ time we reacquire MUTEX and return to the caller."
   (assert mutex)
   #!-sb-thread (error "Not supported in unithread builds.")
   #!+sb-thread
-  (let ((value (mutex-value mutex)))
+  (let ((owner (mutex-%owner mutex)))
     (/show0 "CONDITION-WAITing")
     #!+sb-lutex
     (progn
-      (setf (mutex-value mutex) nil)
+      ;; FIXME: This doesn't look interrupt safe!
+      (setf (mutex-%owner mutex) nil)
       (with-lutex-address (queue-lutex-address (waitqueue-lutex queue))
         (with-lutex-address (mutex-lutex-address (mutex-lutex mutex))
           (%lutex-wait queue-lutex-address mutex-lutex-address)))
-      (setf (mutex-value mutex) value))
+      (setf (mutex-%owner mutex) owner))
     #!-sb-lutex
     (unwind-protect
          (let ((me *current-thread*))
-           ;; XXX we should do something to ensure that the result of this setf
-           ;; is visible to all CPUs
+           ;; FIXME: should we do something to ensure that the result
+           ;; of this setf is visible to all CPUs?
            (setf (waitqueue-data queue) me)
            (release-mutex mutex)
            ;; Now we go to sleep using futex-wait.  If anyone else
@@ -363,7 +409,7 @@ time we reacquire MUTEX and return to the caller."
       ;; before returning.  Ideally, in the case of an unhandled signal,
       ;; we should do them before entering the debugger, but this is
       ;; better than nothing.
-      (get-mutex mutex value))))
+      (get-mutex mutex owner))))
 
 (defun condition-notify (queue &optional (n 1))
   #!+sb-doc
@@ -401,41 +447,48 @@ time we reacquire MUTEX and return to the caller."
 
 ;;;; semaphores
 
-(defstruct (semaphore (:constructor %make-semaphore))
+(defstruct (semaphore (:constructor %make-semaphore (name %count)))
   #!+sb-doc
-  "Semaphore type."
+  "Semaphore type. The fact that a SEMAPHORE is a STRUCTURE-OBJECT
+should be considered an implementation detail, and may change in the
+future."
   (name nil :type (or null simple-string))
-  (count 0 :type (integer 0))
+  (%count 0 :type (integer 0))
   (mutex (make-mutex))
   (queue (make-waitqueue)))
 
+(setf (fdocumentation 'semaphore-name 'function)
+      "The name of the semaphore INSTANCE. Setfable.")
+
+(declaim (inline semaphore-count))
+(defun semaphore-count (instance)
+  "Returns the current count of the semaphore INSTANCE."
+  (semaphore-%count instance))
+
 (defun make-semaphore (&key name (count 0))
   #!+sb-doc
-  "Create a semaphore with the supplied COUNT."
-  (%make-semaphore :name name :count count))
+  "Create a semaphore with the supplied COUNT and NAME."
+  (%make-semaphore name count))
 
-(setf (fdocumentation 'semaphore-name 'function)
-      "The name of the semaphore. Setfable.")
-
-(defun wait-on-semaphore (sem)
+(defun wait-on-semaphore (semaphore)
   #!+sb-doc
-  "Decrement the count of SEM if the count would not be negative. Else
-block until the semaphore can be decremented."
+  "Decrement the count of SEMAPHORE if the count would not be
+negative. Else blocks until the semaphore can be decremented."
   ;; a more direct implementation based directly on futexes should be
   ;; possible
-  (with-mutex ((semaphore-mutex sem))
-    (loop until (> (semaphore-count sem) 0)
-          do (condition-wait (semaphore-queue sem) (semaphore-mutex sem))
-          finally (decf (semaphore-count sem)))))
+  (with-mutex ((semaphore-mutex semaphore))
+    (loop until (> (semaphore-%count semaphore) 0)
+          do (condition-wait (semaphore-queue semaphore) (semaphore-mutex semaphore))
+          finally (decf (semaphore-%count semaphore)))))
 
-(defun signal-semaphore (sem &optional (n 1))
+(defun signal-semaphore (semaphore &optional (n 1))
   #!+sb-doc
-  "Increment the count of SEM by N. If there are threads waiting on
-this semaphore, then N of them is woken up."
-  (declare (type (and fixnum (integer 1)) n))
-  (with-mutex ((semaphore-mutex sem))
-    (when (= n (incf (semaphore-count sem) n))
-      (condition-notify (semaphore-queue sem) n))))
+  "Increment the count of SEMAPHORE by N. If there are threads waiting
+on this semaphore, then N of them is woken up."
+  (declare (type (integer 1) n))
+  (with-mutex ((semaphore-mutex semaphore))
+    (when (= n (incf (semaphore-%count semaphore) n))
+      (condition-notify (semaphore-queue semaphore) n))))
 
 ;;;; job control, independent listeners
 
@@ -451,13 +504,7 @@ this semaphore, then N of them is woken up."
 ;;; funny situations (like getting a sigint while holding the session
 ;;; lock) occur
 (defmacro with-session-lock ((session) &body body)
-  #!-sb-thread (declare (ignore session))
-  #!-sb-thread
-  `(locally ,@body)
-  #!+sb-thread
-  `(without-interrupts
-     (with-mutex ((session-lock ,session))
-       ,@body)))
+  `(call-with-system-mutex (lambda () ,@body) (session-lock ,session)))
 
 (defun new-session ()
   (make-session :threads (list *current-thread*)
@@ -636,6 +683,7 @@ around and can be retrieved by JOIN-THREAD."
                   (*restart-clusters* nil)
                   (*handler-clusters* nil)
                   (*condition-restarts* nil)
+                  (sb!impl::*deadline* nil)
                   (sb!impl::*step-out* nil)
                   ;; internal printer variables
                   (sb!impl::*previous-case* nil)
@@ -729,11 +777,9 @@ return DEFAULT if given or else signal JOIN-THREAD-ERROR."
       "The thread that was not interrupted.")
 
 (defmacro with-interruptions-lock ((thread) &body body)
-  `(without-interrupts
-     (with-mutex ((thread-interruptions-lock ,thread))
-       ,@body)))
+  `(call-with-system-mutex (lambda () ,@body) (thread-interruptions-lock ,thread)))
 
-;; Called from the signal handler.
+;; Called from the signal handler in C.
 (defun run-interruption ()
   (in-interruption ()
     (loop
@@ -759,13 +805,13 @@ nature: if you interrupt a thread that was holding important locks
 then do something that turns out to need those locks, you probably
 won't like the effect."
   #!-sb-thread (declare (ignore thread))
-  ;; not quite perfect, because it does not take WITHOUT-INTERRUPTS
-  ;; into account
   #!-sb-thread
-  (funcall function)
+  (with-interrupt-bindings
+    (with-interrupts (funcall function)))
   #!+sb-thread
   (if (eq thread *current-thread*)
-      (funcall function)
+      (with-interrupt-bindings
+        (with-interrupts (funcall function)))
       (let ((os-thread (thread-os-thread thread)))
         (cond ((not os-thread)
                (error 'interrupt-thread-error :thread thread))
@@ -798,6 +844,12 @@ SB-EXT:QUIT - the usual cleanup forms will be evaluated"
              (sap-ref-sap thread-sap (* sb!vm:n-word-bytes
                                         sb!vm::thread-next-slot)))))))
 
+(define-alien-routine "thread_yield" int)
+
+#!+sb-doc
+(setf (fdocumentation 'thread-yield 'function)
+      "Yield the processor to other threads.")
+
 #!+sb-thread
 (defun symbol-value-in-thread (symbol thread-sap)
   (let* ((index (sb!vm::symbol-tls-index symbol))