1*8e326c9cSAxel Dörfler /* 2*8e326c9cSAxel Dörfler * Copyright (c) 2001-2005, Haiku, Inc. 3*8e326c9cSAxel Dörfler * Distributed under the terms of the MIT license. 4*8e326c9cSAxel Dörfler * 5*8e326c9cSAxel Dörfler * Author: Erik Jaesler <erik@cgsoftware.com> 6*8e326c9cSAxel Dörfler */ 7*8e326c9cSAxel Dörfler 8*8e326c9cSAxel Dörfler /** Semaphore-type class for thread safety */ 9*8e326c9cSAxel Dörfler 1052a38012Sejakowatz 1152a38012Sejakowatz #include <OS.h> 1220b628d3SStefano Ceccherini #include <Locker.h> 1352a38012Sejakowatz #include <SupportDefs.h> 1452a38012Sejakowatz 1552a38012Sejakowatz 1652a38012Sejakowatz // 1752a38012Sejakowatz // Data Member Documentation: 1852a38012Sejakowatz // 1952a38012Sejakowatz // The "fBenaphoreCount" member is set to 1 if the BLocker style is 2052a38012Sejakowatz // semaphore. If the style is benaphore, it is initialized to 0 and 2152a38012Sejakowatz // is incremented atomically when it is acquired, decremented when it 2252a38012Sejakowatz // is released. By setting the benaphore count to 1 when the style is 2352a38012Sejakowatz // semaphore, the benaphore effectively becomes a semaphore. I was able 2452a38012Sejakowatz // to determine this is what Be's implementation does by testing the 2552a38012Sejakowatz // result of the CountLockRequests() member. 2652a38012Sejakowatz // 2752a38012Sejakowatz // The "fSemaphoreID" member holds the sem_id returned from create_sem() 2852a38012Sejakowatz // when the BLocker is constructed. It is used to acquire and release 2952a38012Sejakowatz // the lock regardless of the lock style (semaphore or benaphore). 3052a38012Sejakowatz // 3152a38012Sejakowatz // The "fLockOwner" member holds the thread_id of the thread which 3252a38012Sejakowatz // currently holds the lock. If no thread holds the lock, it is set to 3352a38012Sejakowatz // B_ERROR. 3452a38012Sejakowatz // 3552a38012Sejakowatz // The "fRecursiveCount" member holds a count of the number of times the 3652a38012Sejakowatz // thread holding the lock has acquired the lock without a matching unlock. 3752a38012Sejakowatz // It is basically the number of times the thread must call Unlock() before 3852a38012Sejakowatz // the lock can be acquired by a different thread. 3952a38012Sejakowatz // 4052a38012Sejakowatz 4152a38012Sejakowatz 4252a38012Sejakowatz // 4352a38012Sejakowatz // Constructors: 4452a38012Sejakowatz // 4552a38012Sejakowatz // All constructors just pass their arguments to InitLocker(). Note that 4652a38012Sejakowatz // the default for "name" is "some BLocker" and "benaphore_style" is true. 4752a38012Sejakowatz // 4852a38012Sejakowatz 4952a38012Sejakowatz BLocker::BLocker() 5052a38012Sejakowatz { 51*8e326c9cSAxel Dörfler InitLocker(NULL, true); 5252a38012Sejakowatz } 5352a38012Sejakowatz 5452a38012Sejakowatz 5552a38012Sejakowatz BLocker::BLocker(const char *name) 5652a38012Sejakowatz { 5752a38012Sejakowatz InitLocker(name, true); 5852a38012Sejakowatz } 5952a38012Sejakowatz 6052a38012Sejakowatz 61*8e326c9cSAxel Dörfler BLocker::BLocker(bool benaphoreStyle) 6252a38012Sejakowatz { 63*8e326c9cSAxel Dörfler InitLocker(NULL, benaphoreStyle); 6452a38012Sejakowatz } 6552a38012Sejakowatz 6652a38012Sejakowatz 67*8e326c9cSAxel Dörfler BLocker::BLocker(const char *name, bool benaphoreStyle) 6852a38012Sejakowatz { 69*8e326c9cSAxel Dörfler InitLocker(name, benaphoreStyle); 7052a38012Sejakowatz } 7152a38012Sejakowatz 7252a38012Sejakowatz 7352a38012Sejakowatz // 7452a38012Sejakowatz // This constructor is not documented. The final argument is ignored for 7552a38012Sejakowatz // now. In Be's headers, its called "for_IPC". DO NOT USE THIS 7652a38012Sejakowatz // CONSTRUCTOR! 7752a38012Sejakowatz // 78*8e326c9cSAxel Dörfler BLocker::BLocker(const char *name, bool benaphoreStyle, 7952a38012Sejakowatz bool) 8052a38012Sejakowatz { 81*8e326c9cSAxel Dörfler InitLocker(name, benaphoreStyle); 8252a38012Sejakowatz } 8352a38012Sejakowatz 8452a38012Sejakowatz 8552a38012Sejakowatz // 8652a38012Sejakowatz // The destructor just deletes the semaphore. By deleting the semaphore, 8752a38012Sejakowatz // any threads waiting to acquire the BLocker will be unblocked. 8852a38012Sejakowatz // 8952a38012Sejakowatz BLocker::~BLocker() 9052a38012Sejakowatz { 9152a38012Sejakowatz delete_sem(fSemaphoreID); 9252a38012Sejakowatz } 9352a38012Sejakowatz 9452a38012Sejakowatz 9552a38012Sejakowatz bool 9652a38012Sejakowatz BLocker::Lock(void) 9752a38012Sejakowatz { 9852a38012Sejakowatz status_t result; 99*8e326c9cSAxel Dörfler return AcquireLock(B_INFINITE_TIMEOUT, &result); 10052a38012Sejakowatz } 10152a38012Sejakowatz 10252a38012Sejakowatz 10352a38012Sejakowatz status_t 10452a38012Sejakowatz BLocker::LockWithTimeout(bigtime_t timeout) 10552a38012Sejakowatz { 10652a38012Sejakowatz status_t result; 10752a38012Sejakowatz 10852a38012Sejakowatz AcquireLock(timeout, &result); 10952a38012Sejakowatz return result; 11052a38012Sejakowatz } 11152a38012Sejakowatz 11252a38012Sejakowatz 11352a38012Sejakowatz 11452a38012Sejakowatz void 11552a38012Sejakowatz BLocker::Unlock(void) 11652a38012Sejakowatz { 11752a38012Sejakowatz // If the thread currently holds the lockdecrement 11852a38012Sejakowatz if (IsLocked()) { 11952a38012Sejakowatz // Decrement the number of outstanding locks this thread holds 12052a38012Sejakowatz // on this BLocker. 12152a38012Sejakowatz fRecursiveCount--; 12252a38012Sejakowatz 12352a38012Sejakowatz // If the recursive count is now at 0, that means the BLocker has 12452a38012Sejakowatz // been released by the thread. 12552a38012Sejakowatz if (fRecursiveCount == 0) { 12652a38012Sejakowatz // The BLocker is no longer owned by any thread. 12752a38012Sejakowatz fLockOwner = B_ERROR; 12852a38012Sejakowatz 12952a38012Sejakowatz // Decrement the benaphore count and store the undecremented 13052a38012Sejakowatz // value in oldBenaphoreCount. 13152a38012Sejakowatz int32 oldBenaphoreCount = atomic_add(&fBenaphoreCount, -1); 13252a38012Sejakowatz 13352a38012Sejakowatz // If the oldBenaphoreCount is greater than 1, then there is 13452a38012Sejakowatz // at lease one thread waiting for the lock in the case of a 13552a38012Sejakowatz // benaphore. 13652a38012Sejakowatz if (oldBenaphoreCount > 1) { 13752a38012Sejakowatz // Since there are threads waiting for the lock, it must 13852a38012Sejakowatz // be released. Note, the old benaphore count will always be 13952a38012Sejakowatz // greater than 1 for a semaphore so the release is always done. 14052a38012Sejakowatz release_sem(fSemaphoreID); 14152a38012Sejakowatz } 14252a38012Sejakowatz } 14352a38012Sejakowatz } 14452a38012Sejakowatz } 14552a38012Sejakowatz 14652a38012Sejakowatz 14752a38012Sejakowatz thread_id 14852a38012Sejakowatz BLocker::LockingThread(void) const 14952a38012Sejakowatz { 15052a38012Sejakowatz return fLockOwner; 15152a38012Sejakowatz } 15252a38012Sejakowatz 15352a38012Sejakowatz 15452a38012Sejakowatz bool 15552a38012Sejakowatz BLocker::IsLocked(void) const 15652a38012Sejakowatz { 15752a38012Sejakowatz // This member returns true if the calling thread holds the lock. 15852a38012Sejakowatz // The easiest way to determine this is to compare the result of 15952a38012Sejakowatz // find_thread() to the fLockOwner. 160*8e326c9cSAxel Dörfler return find_thread(NULL) == fLockOwner; 16152a38012Sejakowatz } 16252a38012Sejakowatz 16352a38012Sejakowatz 16452a38012Sejakowatz int32 16552a38012Sejakowatz BLocker::CountLocks(void) const 16652a38012Sejakowatz { 16752a38012Sejakowatz return fRecursiveCount; 16852a38012Sejakowatz } 16952a38012Sejakowatz 17052a38012Sejakowatz 17152a38012Sejakowatz int32 17252a38012Sejakowatz BLocker::CountLockRequests(void) const 17352a38012Sejakowatz { 17452a38012Sejakowatz return fBenaphoreCount; 17552a38012Sejakowatz } 17652a38012Sejakowatz 17752a38012Sejakowatz 17852a38012Sejakowatz sem_id 17952a38012Sejakowatz BLocker::Sem(void) const 18052a38012Sejakowatz { 18152a38012Sejakowatz return fSemaphoreID; 18252a38012Sejakowatz } 18352a38012Sejakowatz 18452a38012Sejakowatz 18552a38012Sejakowatz void 186*8e326c9cSAxel Dörfler BLocker::InitLocker(const char *name, bool benaphore) 18752a38012Sejakowatz { 188*8e326c9cSAxel Dörfler if (name == NULL) 189*8e326c9cSAxel Dörfler name = "some BLocker"; 190*8e326c9cSAxel Dörfler 19152a38012Sejakowatz if (benaphore) { 19252a38012Sejakowatz // Because this is a benaphore, initialize the benaphore count and 19352a38012Sejakowatz // create the semaphore. Because this is a benaphore, the semaphore 19452a38012Sejakowatz // count starts at 0 (ie acquired). 19552a38012Sejakowatz fBenaphoreCount = 0; 19652a38012Sejakowatz fSemaphoreID = create_sem(0, name); 19752a38012Sejakowatz } else { 19852a38012Sejakowatz // Because this is a semaphore, initialize the benaphore count to -1 19952a38012Sejakowatz // and create the semaphore. Because this is semaphore style, the 20052a38012Sejakowatz // semaphore count starts at 1 so that one thread can acquire it and 20152a38012Sejakowatz // the next thread to acquire it will block. 20252a38012Sejakowatz fBenaphoreCount = 1; 20352a38012Sejakowatz fSemaphoreID = create_sem(1, name); 20452a38012Sejakowatz } 20552a38012Sejakowatz 20652a38012Sejakowatz // The lock is currently not acquired so there is no owner. 20752a38012Sejakowatz fLockOwner = B_ERROR; 20852a38012Sejakowatz 20952a38012Sejakowatz // The lock is currently not acquired so the recursive count is zero. 21052a38012Sejakowatz fRecursiveCount = 0; 21152a38012Sejakowatz } 21252a38012Sejakowatz 21352a38012Sejakowatz 21452a38012Sejakowatz bool 21520b628d3SStefano Ceccherini BLocker::AcquireLock(bigtime_t timeout, status_t *error) 21652a38012Sejakowatz { 21752a38012Sejakowatz // By default, return no error. 21820b628d3SStefano Ceccherini status_t status = B_OK; 21952a38012Sejakowatz 22052a38012Sejakowatz // Only try to acquire the lock if the thread doesn't already own it. 22152a38012Sejakowatz if (!IsLocked()) { 22252a38012Sejakowatz // Increment the benaphore count and test to see if it was already greater 22352a38012Sejakowatz // than 0. If it is greater than 0, then some thread already has the 22452a38012Sejakowatz // benaphore or the style is a semaphore. Either way, we need to acquire 22552a38012Sejakowatz // the semaphore in this case. 22652a38012Sejakowatz int32 oldBenaphoreCount = atomic_add(&fBenaphoreCount, 1); 22752a38012Sejakowatz if (oldBenaphoreCount > 0) { 22820b628d3SStefano Ceccherini do { 22920b628d3SStefano Ceccherini status = acquire_sem_etc(fSemaphoreID, 1, B_RELATIVE_TIMEOUT, 23052a38012Sejakowatz timeout); 23120b628d3SStefano Ceccherini } while (status == B_INTERRUPTED); 232*8e326c9cSAxel Dörfler 23352a38012Sejakowatz // Note, if the lock here does time out, the benaphore count 23452a38012Sejakowatz // is not decremented. By doing this, the benaphore count will 23552a38012Sejakowatz // never go back to zero. This means that the locking essentially 23652a38012Sejakowatz // changes to semaphore style if this was a benaphore. 23752a38012Sejakowatz // 23852a38012Sejakowatz // Doing the decrement of the benaphore count when the acquisition 23952a38012Sejakowatz // fails is a risky thing to do. If you decrement the counter at 24052a38012Sejakowatz // the same time the thread which holds the benaphore does an 24152a38012Sejakowatz // Unlock(), there is serious risk of a race condition. 24252a38012Sejakowatz // 24352a38012Sejakowatz // If the Unlock() sees a positive count and releases the semaphore 24452a38012Sejakowatz // and then the timed out thread decrements the count to 0, there 24552a38012Sejakowatz // is no one to take the semaphore. The next two threads will be 24652a38012Sejakowatz // able to acquire the benaphore at the same time! The first will 24752a38012Sejakowatz // increment the counter and acquire the lock. The second will 24852a38012Sejakowatz // acquire the semaphore and therefore the lock. Not good. 24952a38012Sejakowatz // 25052a38012Sejakowatz // This has been discussed on the becodetalk mailing list and 25152a38012Sejakowatz // Trey from Be had this to say: 25252a38012Sejakowatz // 25352a38012Sejakowatz // I looked at the LockWithTimeout() code, and it does not have 25452a38012Sejakowatz // _this_ (ie the race condition) problem. It circumvents it by 25552a38012Sejakowatz // NOT doing the atomic_add(&count, -1) if the semaphore 25652a38012Sejakowatz // acquisition fails. This means that if a 25752a38012Sejakowatz // BLocker::LockWithTimeout() times out, all other Lock*() attempts 25852a38012Sejakowatz // turn into guaranteed semaphore grabs, _with_ the overhead of a 25952a38012Sejakowatz // (now) useless atomic_add(). 26052a38012Sejakowatz // 26152a38012Sejakowatz // Given Trey's comments, it looks like Be took the same approach 26252a38012Sejakowatz // I did. The output of CountLockRequests() of Be's implementation 26352a38012Sejakowatz // confirms Trey's comments also. 26452a38012Sejakowatz // 26552a38012Sejakowatz // Finally some thoughts for the future with this code: 26652a38012Sejakowatz // - If 2^31 timeouts occur on a 32-bit machine (ie today), 26752a38012Sejakowatz // the benaphore count will wrap to a negative number. This 26852a38012Sejakowatz // would have unknown consequences on the ability of the BLocker 26952a38012Sejakowatz // to continue to function. 27052a38012Sejakowatz // 27152a38012Sejakowatz } 27252a38012Sejakowatz } 27352a38012Sejakowatz 27452a38012Sejakowatz // If the lock has successfully been acquired. 27520b628d3SStefano Ceccherini if (status == B_OK) { 27652a38012Sejakowatz // Set the lock owner to this thread and increment the recursive count 27752a38012Sejakowatz // by one. The recursive count is incremented because one more Unlock() 27852a38012Sejakowatz // is now required to release the lock (ie, 0 => 1, 1 => 2 etc). 27952a38012Sejakowatz fLockOwner = find_thread(NULL); 28052a38012Sejakowatz fRecursiveCount++; 28152a38012Sejakowatz } 28252a38012Sejakowatz 28320b628d3SStefano Ceccherini if (error != NULL) 28420b628d3SStefano Ceccherini *error = status; 28520b628d3SStefano Ceccherini 28652a38012Sejakowatz // Return true if the lock has been acquired. 28720b628d3SStefano Ceccherini return (status == B_OK); 28852a38012Sejakowatz } 289