xref: /haiku/src/kits/support/Locker.cpp (revision 8e326c9cc1851a90bdce8659deae389de4cc5d16)
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