source: libcfa/src/concurrency/ready_queue.cfa @ 953827a

jacob/cs343-translationnew-ast-unique-expr
Last change on this file since 953827a was 953827a, checked in by Thierry Delisle <tdelisle@…>, 4 months ago

Fixed cpu work stealing to properly fall back on other nodes.

  • Property mode set to 100644
File size: 31.3 KB
Line 
1//
2// Cforall Version 1.0.0 Copyright (C) 2019 University of Waterloo
3//
4// The contents of this file are covered under the licence agreement in the
5// file "LICENCE" distributed with Cforall.
6//
7// ready_queue.cfa --
8//
9// Author           : Thierry Delisle
10// Created On       : Mon Nov dd 16:29:18 2019
11// Last Modified By :
12// Last Modified On :
13// Update Count     :
14//
15
16#define __cforall_thread__
17#define _GNU_SOURCE
18
19// #define __CFA_DEBUG_PRINT_READY_QUEUE__
20
21
22// #define USE_RELAXED_FIFO
23// #define USE_WORK_STEALING
24#define USE_CPU_WORK_STEALING
25
26#include "bits/defs.hfa"
27#include "device/cpu.hfa"
28#include "kernel_private.hfa"
29
30#include "stdlib.hfa"
31#include "math.hfa"
32
33#include <errno.h>
34#include <unistd.h>
35
36extern "C" {
37        #include <sys/syscall.h>  // __NR_xxx
38}
39
40#include "ready_subqueue.hfa"
41
42static const size_t cache_line_size = 64;
43
44#if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
45        #define __STATS(...) __VA_ARGS__
46#else
47        #define __STATS(...)
48#endif
49
50// No overriden function, no environment variable, no define
51// fall back to a magic number
52#ifndef __CFA_MAX_PROCESSORS__
53        #define __CFA_MAX_PROCESSORS__ 1024
54#endif
55
56#if   defined(USE_CPU_WORK_STEALING)
57        #define READYQ_SHARD_FACTOR 2
58#elif defined(USE_RELAXED_FIFO)
59        #define BIAS 4
60        #define READYQ_SHARD_FACTOR 4
61        #define SEQUENTIAL_SHARD 1
62#elif defined(USE_WORK_STEALING)
63        #define READYQ_SHARD_FACTOR 2
64        #define SEQUENTIAL_SHARD 2
65#else
66        #error no scheduling strategy selected
67#endif
68
69static inline struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned w __STATS(, __stats_readyQ_pop_t & stats));
70static inline struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned i, unsigned j __STATS(, __stats_readyQ_pop_t & stats));
71static inline struct $thread * search(struct cluster * cltr);
72static inline [unsigned, bool] idx_from_r(unsigned r, unsigned preferred);
73
74
75// returns the maximum number of processors the RWLock support
76__attribute__((weak)) unsigned __max_processors() {
77        const char * max_cores_s = getenv("CFA_MAX_PROCESSORS");
78        if(!max_cores_s) {
79                __cfadbg_print_nolock(ready_queue, "No CFA_MAX_PROCESSORS in ENV\n");
80                return __CFA_MAX_PROCESSORS__;
81        }
82
83        char * endptr = 0p;
84        long int max_cores_l = strtol(max_cores_s, &endptr, 10);
85        if(max_cores_l < 1 || max_cores_l > 65535) {
86                __cfadbg_print_nolock(ready_queue, "CFA_MAX_PROCESSORS out of range : %ld\n", max_cores_l);
87                return __CFA_MAX_PROCESSORS__;
88        }
89        if('\0' != *endptr) {
90                __cfadbg_print_nolock(ready_queue, "CFA_MAX_PROCESSORS not a decimal number : %s\n", max_cores_s);
91                return __CFA_MAX_PROCESSORS__;
92        }
93
94        return max_cores_l;
95}
96
97#if   defined(CFA_HAVE_LINUX_LIBRSEQ)
98        // No forward declaration needed
99        #define __kernel_rseq_register rseq_register_current_thread
100        #define __kernel_rseq_unregister rseq_unregister_current_thread
101#elif defined(CFA_HAVE_LINUX_RSEQ_H)
102        void __kernel_raw_rseq_register  (void);
103        void __kernel_raw_rseq_unregister(void);
104
105        #define __kernel_rseq_register __kernel_raw_rseq_register
106        #define __kernel_rseq_unregister __kernel_raw_rseq_unregister
107#else
108        // No forward declaration needed
109        // No initialization needed
110        static inline void noop(void) {}
111
112        #define __kernel_rseq_register noop
113        #define __kernel_rseq_unregister noop
114#endif
115
116//=======================================================================
117// Cluster wide reader-writer lock
118//=======================================================================
119void  ?{}(__scheduler_RWLock_t & this) {
120        this.max   = __max_processors();
121        this.alloc = 0;
122        this.ready = 0;
123        this.data  = alloc(this.max);
124        this.write_lock  = false;
125
126        /*paranoid*/ verify(__atomic_is_lock_free(sizeof(this.alloc), &this.alloc));
127        /*paranoid*/ verify(__atomic_is_lock_free(sizeof(this.ready), &this.ready));
128
129}
130void ^?{}(__scheduler_RWLock_t & this) {
131        free(this.data);
132}
133
134
135//=======================================================================
136// Lock-Free registering/unregistering of threads
137unsigned register_proc_id( void ) with(*__scheduler_lock) {
138        __kernel_rseq_register();
139
140        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Registering proc %p for RW-Lock\n", proc);
141        bool * handle = (bool *)&kernelTLS().sched_lock;
142
143        // Step - 1 : check if there is already space in the data
144        uint_fast32_t s = ready;
145
146        // Check among all the ready
147        for(uint_fast32_t i = 0; i < s; i++) {
148                bool * volatile * cell = (bool * volatile *)&data[i]; // Cforall is bugged and the double volatiles causes problems
149                /* paranoid */ verify( handle != *cell );
150
151                bool * null = 0p; // Re-write every loop since compare thrashes it
152                if( __atomic_load_n(cell, (int)__ATOMIC_RELAXED) == null
153                        && __atomic_compare_exchange_n( cell, &null, handle, false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST)) {
154                        /* paranoid */ verify(i < ready);
155                        /* paranoid */ verify( (kernelTLS().sched_id = i, true) );
156                        return i;
157                }
158        }
159
160        if(max <= alloc) abort("Trying to create more than %ud processors", __scheduler_lock->max);
161
162        // Step - 2 : F&A to get a new spot in the array.
163        uint_fast32_t n = __atomic_fetch_add(&alloc, 1, __ATOMIC_SEQ_CST);
164        if(max <= n) abort("Trying to create more than %ud processors", __scheduler_lock->max);
165
166        // Step - 3 : Mark space as used and then publish it.
167        data[n] = handle;
168        while() {
169                unsigned copy = n;
170                if( __atomic_load_n(&ready, __ATOMIC_RELAXED) == n
171                        && __atomic_compare_exchange_n(&ready, &copy, n + 1, true, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST))
172                        break;
173                Pause();
174        }
175
176        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Registering proc %p done, id %lu\n", proc, n);
177
178        // Return new spot.
179        /* paranoid */ verify(n < ready);
180        /* paranoid */ verify( (kernelTLS().sched_id = n, true) );
181        return n;
182}
183
184void unregister_proc_id( unsigned id ) with(*__scheduler_lock) {
185        /* paranoid */ verify(id < ready);
186        /* paranoid */ verify(id == kernelTLS().sched_id);
187        /* paranoid */ verify(data[id] == &kernelTLS().sched_lock);
188
189        bool * volatile * cell = (bool * volatile *)&data[id]; // Cforall is bugged and the double volatiles causes problems
190
191        __atomic_store_n(cell, 0p, __ATOMIC_RELEASE);
192
193        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Unregister proc %p\n", proc);
194
195        __kernel_rseq_unregister();
196}
197
198//-----------------------------------------------------------------------
199// Writer side : acquire when changing the ready queue, e.g. adding more
200//  queues or removing them.
201uint_fast32_t ready_mutate_lock( void ) with(*__scheduler_lock) {
202        /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
203        /* paranoid */ verify( ! kernelTLS().sched_lock );
204
205        // Step 1 : lock global lock
206        // It is needed to avoid processors that register mid Critical-Section
207        //   to simply lock their own lock and enter.
208        __atomic_acquire( &write_lock );
209
210        // Step 2 : lock per-proc lock
211        // Processors that are currently being registered aren't counted
212        //   but can't be in read_lock or in the critical section.
213        // All other processors are counted
214        uint_fast32_t s = ready;
215        for(uint_fast32_t i = 0; i < s; i++) {
216                volatile bool * llock = data[i];
217                if(llock) __atomic_acquire( llock );
218        }
219
220        /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
221        return s;
222}
223
224void ready_mutate_unlock( uint_fast32_t last_s ) with(*__scheduler_lock) {
225        /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
226
227        // Step 1 : release local locks
228        // This must be done while the global lock is held to avoid
229        //   threads that where created mid critical section
230        //   to race to lock their local locks and have the writer
231        //   immidiately unlock them
232        // Alternative solution : return s in write_lock and pass it to write_unlock
233        for(uint_fast32_t i = 0; i < last_s; i++) {
234                volatile bool * llock = data[i];
235                if(llock) __atomic_store_n(llock, (bool)false, __ATOMIC_RELEASE);
236        }
237
238        // Step 2 : release global lock
239        /*paranoid*/ assert(true == write_lock);
240        __atomic_store_n(&write_lock, (bool)false, __ATOMIC_RELEASE);
241
242        /* paranoid */ verify( ! __preemption_enabled() );
243}
244
245//=======================================================================
246// Cforall Ready Queue used for scheduling
247//=======================================================================
248void ?{}(__ready_queue_t & this) with (this) {
249        #if defined(USE_CPU_WORK_STEALING)
250                lanes.count = cpu_info.hthrd_count * READYQ_SHARD_FACTOR;
251                lanes.data = alloc( lanes.count );
252                lanes.tscs = alloc( lanes.count );
253
254                for( idx; (size_t)lanes.count ) {
255                        (lanes.data[idx]){};
256                        lanes.tscs[idx].tv = rdtscl();
257                }
258        #else
259                lanes.data  = 0p;
260                lanes.tscs  = 0p;
261                lanes.count = 0;
262        #endif
263}
264
265void ^?{}(__ready_queue_t & this) with (this) {
266        #if !defined(USE_CPU_WORK_STEALING)
267                verify( SEQUENTIAL_SHARD == lanes.count );
268        #endif
269
270        free(lanes.data);
271        free(lanes.tscs);
272}
273
274//-----------------------------------------------------------------------
275#if defined(USE_CPU_WORK_STEALING)
276        __attribute__((hot)) void push(struct cluster * cltr, struct $thread * thrd, bool push_local) with (cltr->ready_queue) {
277                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushing %p on cluster %p\n", thrd, cltr);
278
279                processor * const proc = kernelTLS().this_processor;
280                const bool external = !push_local || (!proc) || (cltr != proc->cltr);
281
282                const int cpu = __kernel_getcpu();
283                /* paranoid */ verify(cpu >= 0);
284                /* paranoid */ verify(cpu < cpu_info.hthrd_count);
285                /* paranoid */ verify(cpu * READYQ_SHARD_FACTOR < lanes.count);
286
287                const cpu_map_entry_t & map = cpu_info.llc_map[cpu];
288                /* paranoid */ verify(map.start * READYQ_SHARD_FACTOR < lanes.count);
289                /* paranoid */ verify(map.self * READYQ_SHARD_FACTOR < lanes.count);
290                /* paranoid */ verifyf((map.start + map.count) * READYQ_SHARD_FACTOR <= lanes.count, "have %zu lanes but map can go up to %u", lanes.count, (map.start + map.count) * READYQ_SHARD_FACTOR);
291
292                const int start = map.self * READYQ_SHARD_FACTOR;
293                unsigned i;
294                do {
295                        unsigned r;
296                        if(unlikely(external)) { r = __tls_rand(); }
297                        else { r = proc->rdq.its++; }
298                        i = start + (r % READYQ_SHARD_FACTOR);
299                        // If we can't lock it retry
300                } while( !__atomic_try_acquire( &lanes.data[i].lock ) );
301
302                // Actually push it
303                push(lanes.data[i], thrd);
304
305                // Unlock and return
306                __atomic_unlock( &lanes.data[i].lock );
307
308                #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
309                        if(unlikely(external)) __atomic_fetch_add(&cltr->stats->ready.push.extrn.success, 1, __ATOMIC_RELAXED);
310                        else __tls_stats()->ready.push.local.success++;
311                #endif
312
313                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushed %p on cluster %p (idx: %u, mask %llu, first %d)\n", thrd, cltr, i, used.mask[0], lane_first);
314
315        }
316
317        // Pop from the ready queue from a given cluster
318        __attribute__((hot)) $thread * pop_fast(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
319                /* paranoid */ verify( lanes.count > 0 );
320                /* paranoid */ verify( kernelTLS().this_processor );
321
322                const int cpu = __kernel_getcpu();
323                /* paranoid */ verify(cpu >= 0);
324                /* paranoid */ verify(cpu < cpu_info.hthrd_count);
325                /* paranoid */ verify(cpu * READYQ_SHARD_FACTOR < lanes.count);
326
327                const cpu_map_entry_t & map = cpu_info.llc_map[cpu];
328                /* paranoid */ verify(map.start * READYQ_SHARD_FACTOR < lanes.count);
329                /* paranoid */ verify(map.self * READYQ_SHARD_FACTOR < lanes.count);
330                /* paranoid */ verifyf((map.start + map.count) * READYQ_SHARD_FACTOR <= lanes.count, "have %zu lanes but map can go up to %u", lanes.count, (map.start + map.count) * READYQ_SHARD_FACTOR);
331
332                processor * const proc = kernelTLS().this_processor;
333                const int start = map.self * READYQ_SHARD_FACTOR;
334
335                // Did we already have a help target
336                if(proc->rdq.target == -1u) {
337                        // if We don't have a
338                        unsigned long long min = ts(lanes.data[start]);
339                        for(i; READYQ_SHARD_FACTOR) {
340                                unsigned long long tsc = ts(lanes.data[start + i]);
341                                if(tsc < min) min = tsc;
342                        }
343                        proc->rdq.cutoff = min;
344
345                        /* paranoid */ verify(lanes.count < 65536); // The following code assumes max 65536 cores.
346                        /* paranoid */ verify(map.count < 65536); // The following code assumes max 65536 cores.
347                        uint64_t chaos = __tls_rand();
348                        uint64_t high_chaos = (chaos >> 32);
349                        uint64_t  mid_chaos = (chaos >> 16) & 0xffff;
350                        uint64_t  low_chaos = chaos & 0xffff;
351
352                        unsigned me = map.self;
353                        unsigned cpu_chaos = map.start + (mid_chaos % map.count);
354                        bool global = cpu_chaos == me;
355
356                        if(global) {
357                                proc->rdq.target = high_chaos % lanes.count;
358                        } else {
359                                proc->rdq.target = (cpu_chaos * READYQ_SHARD_FACTOR) + (low_chaos % READYQ_SHARD_FACTOR);
360                                /* paranoid */ verify(proc->rdq.target >= (map.start * READYQ_SHARD_FACTOR));
361                                /* paranoid */ verify(proc->rdq.target <  ((map.start + map.count) * READYQ_SHARD_FACTOR));
362                        }
363
364                        /* paranoid */ verify(proc->rdq.target != -1u);
365                }
366                else {
367                        const unsigned long long bias = 0; //2_500_000_000;
368                        const unsigned long long cutoff = proc->rdq.cutoff > bias ? proc->rdq.cutoff - bias : proc->rdq.cutoff;
369                        {
370                                unsigned target = proc->rdq.target;
371                                proc->rdq.target = -1u;
372                                if(lanes.tscs[target].tv < cutoff && ts(lanes.data[target]) < cutoff) {
373                                        $thread * t = try_pop(cltr, target __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.help));
374                                        proc->rdq.last = target;
375                                        if(t) return t;
376                                }
377                        }
378
379                        unsigned last = proc->rdq.last;
380                        if(last != -1u && lanes.tscs[last].tv < cutoff && ts(lanes.data[last]) < cutoff) {
381                                $thread * t = try_pop(cltr, last __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.help));
382                                if(t) return t;
383                        }
384                        else {
385                                proc->rdq.last = -1u;
386                        }
387                }
388
389                for(READYQ_SHARD_FACTOR) {
390                        unsigned i = start + (proc->rdq.itr++ % READYQ_SHARD_FACTOR);
391                        if($thread * t = try_pop(cltr, i __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.local))) return t;
392                }
393
394                // All lanes where empty return 0p
395                return 0p;
396        }
397
398        __attribute__((hot)) struct $thread * pop_slow(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
399                processor * const proc = kernelTLS().this_processor;
400                unsigned last = proc->rdq.last;
401                if(last != -1u) {
402                        struct $thread * t = try_pop(cltr, last __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.steal));
403                        if(t) return t;
404                        proc->rdq.last = -1u;
405                }
406
407                unsigned i = __tls_rand() % lanes.count;
408                return try_pop(cltr, i __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.steal));
409        }
410        __attribute__((hot)) struct $thread * pop_search(struct cluster * cltr) {
411                return search(cltr);
412        }
413#endif
414#if defined(USE_RELAXED_FIFO)
415        //-----------------------------------------------------------------------
416        // get index from random number with or without bias towards queues
417        static inline [unsigned, bool] idx_from_r(unsigned r, unsigned preferred) {
418                unsigned i;
419                bool local;
420                unsigned rlow  = r % BIAS;
421                unsigned rhigh = r / BIAS;
422                if((0 != rlow) && preferred >= 0) {
423                        // (BIAS - 1) out of BIAS chances
424                        // Use perferred queues
425                        i = preferred + (rhigh % READYQ_SHARD_FACTOR);
426                        local = true;
427                }
428                else {
429                        // 1 out of BIAS chances
430                        // Use all queues
431                        i = rhigh;
432                        local = false;
433                }
434                return [i, local];
435        }
436
437        __attribute__((hot)) void push(struct cluster * cltr, struct $thread * thrd, bool push_local) with (cltr->ready_queue) {
438                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushing %p on cluster %p\n", thrd, cltr);
439
440                const bool external = !push_local || (!kernelTLS().this_processor) || (cltr != kernelTLS().this_processor->cltr);
441                /* paranoid */ verify(external || kernelTLS().this_processor->rdq.id < lanes.count );
442
443                bool local;
444                int preferred = external ? -1 : kernelTLS().this_processor->rdq.id;
445
446                // Try to pick a lane and lock it
447                unsigned i;
448                do {
449                        // Pick the index of a lane
450                        unsigned r = __tls_rand_fwd();
451                        [i, local] = idx_from_r(r, preferred);
452
453                        i %= __atomic_load_n( &lanes.count, __ATOMIC_RELAXED );
454
455                        #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
456                                if(unlikely(external)) __atomic_fetch_add(&cltr->stats->ready.push.extrn.attempt, 1, __ATOMIC_RELAXED);
457                                else if(local) __tls_stats()->ready.push.local.attempt++;
458                                else __tls_stats()->ready.push.share.attempt++;
459                        #endif
460
461                        // If we can't lock it retry
462                } while( !__atomic_try_acquire( &lanes.data[i].lock ) );
463
464                // Actually push it
465                push(lanes.data[i], thrd);
466
467                // Unlock and return
468                __atomic_unlock( &lanes.data[i].lock );
469
470                // Mark the current index in the tls rng instance as having an item
471                __tls_rand_advance_bck();
472
473                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushed %p on cluster %p (idx: %u, mask %llu, first %d)\n", thrd, cltr, i, used.mask[0], lane_first);
474
475                // Update statistics
476                #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
477                        if(unlikely(external)) __atomic_fetch_add(&cltr->stats->ready.push.extrn.success, 1, __ATOMIC_RELAXED);
478                        else if(local) __tls_stats()->ready.push.local.success++;
479                        else __tls_stats()->ready.push.share.success++;
480                #endif
481        }
482
483        // Pop from the ready queue from a given cluster
484        __attribute__((hot)) $thread * pop_fast(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
485                /* paranoid */ verify( lanes.count > 0 );
486                /* paranoid */ verify( kernelTLS().this_processor );
487                /* paranoid */ verify( kernelTLS().this_processor->rdq.id < lanes.count );
488
489                unsigned count = __atomic_load_n( &lanes.count, __ATOMIC_RELAXED );
490                int preferred = kernelTLS().this_processor->rdq.id;
491
492
493                // As long as the list is not empty, try finding a lane that isn't empty and pop from it
494                for(25) {
495                        // Pick two lists at random
496                        unsigned ri = __tls_rand_bck();
497                        unsigned rj = __tls_rand_bck();
498
499                        unsigned i, j;
500                        __attribute__((unused)) bool locali, localj;
501                        [i, locali] = idx_from_r(ri, preferred);
502                        [j, localj] = idx_from_r(rj, preferred);
503
504                        i %= count;
505                        j %= count;
506
507                        // try popping from the 2 picked lists
508                        struct $thread * thrd = try_pop(cltr, i, j __STATS(, *(locali || localj ? &__tls_stats()->ready.pop.local : &__tls_stats()->ready.pop.help)));
509                        if(thrd) {
510                                return thrd;
511                        }
512                }
513
514                // All lanes where empty return 0p
515                return 0p;
516        }
517
518        __attribute__((hot)) struct $thread * pop_slow(struct cluster * cltr) { return pop_fast(cltr); }
519        __attribute__((hot)) struct $thread * pop_search(struct cluster * cltr) {
520                return search(cltr);
521        }
522#endif
523#if defined(USE_WORK_STEALING)
524        __attribute__((hot)) void push(struct cluster * cltr, struct $thread * thrd, bool push_local) with (cltr->ready_queue) {
525                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushing %p on cluster %p\n", thrd, cltr);
526
527                // #define USE_PREFERRED
528                #if !defined(USE_PREFERRED)
529                const bool external = !push_local || (!kernelTLS().this_processor) || (cltr != kernelTLS().this_processor->cltr);
530                /* paranoid */ verify(external || kernelTLS().this_processor->rdq.id < lanes.count );
531                #else
532                        unsigned preferred = thrd->preferred;
533                        const bool external = push_local || (!kernelTLS().this_processor) || preferred == -1u || thrd->curr_cluster != cltr;
534                        /* paranoid */ verifyf(external || preferred < lanes.count, "Invalid preferred queue %u for %u lanes", preferred, lanes.count );
535
536                        unsigned r = preferred % READYQ_SHARD_FACTOR;
537                        const unsigned start = preferred - r;
538                #endif
539
540                // Try to pick a lane and lock it
541                unsigned i;
542                do {
543                        #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
544                                if(unlikely(external)) __atomic_fetch_add(&cltr->stats->ready.push.extrn.attempt, 1, __ATOMIC_RELAXED);
545                                else __tls_stats()->ready.push.local.attempt++;
546                        #endif
547
548                        if(unlikely(external)) {
549                                i = __tls_rand() % lanes.count;
550                        }
551                        else {
552                                #if !defined(USE_PREFERRED)
553                                        processor * proc = kernelTLS().this_processor;
554                                        unsigned r = proc->rdq.its++;
555                                        i =  proc->rdq.id + (r % READYQ_SHARD_FACTOR);
556                                #else
557                                        i = start + (r++ % READYQ_SHARD_FACTOR);
558                                #endif
559                        }
560                        // If we can't lock it retry
561                } while( !__atomic_try_acquire( &lanes.data[i].lock ) );
562
563                // Actually push it
564                push(lanes.data[i], thrd);
565
566                // Unlock and return
567                __atomic_unlock( &lanes.data[i].lock );
568
569                #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
570                        if(unlikely(external)) __atomic_fetch_add(&cltr->stats->ready.push.extrn.success, 1, __ATOMIC_RELAXED);
571                        else __tls_stats()->ready.push.local.success++;
572                #endif
573
574                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushed %p on cluster %p (idx: %u, mask %llu, first %d)\n", thrd, cltr, i, used.mask[0], lane_first);
575        }
576
577        // Pop from the ready queue from a given cluster
578        __attribute__((hot)) $thread * pop_fast(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
579                /* paranoid */ verify( lanes.count > 0 );
580                /* paranoid */ verify( kernelTLS().this_processor );
581                /* paranoid */ verify( kernelTLS().this_processor->rdq.id < lanes.count );
582
583                processor * proc = kernelTLS().this_processor;
584
585                if(proc->rdq.target == -1u) {
586                        unsigned long long min = ts(lanes.data[proc->rdq.id]);
587                        for(int i = 0; i < READYQ_SHARD_FACTOR; i++) {
588                                unsigned long long tsc = ts(lanes.data[proc->rdq.id + i]);
589                                if(tsc < min) min = tsc;
590                        }
591                        proc->rdq.cutoff = min;
592                        proc->rdq.target = __tls_rand() % lanes.count;
593                }
594                else {
595                        unsigned target = proc->rdq.target;
596                        proc->rdq.target = -1u;
597                        const unsigned long long bias = 0; //2_500_000_000;
598                        const unsigned long long cutoff = proc->rdq.cutoff > bias ? proc->rdq.cutoff - bias : proc->rdq.cutoff;
599                        if(lanes.tscs[target].tv < cutoff && ts(lanes.data[target]) < cutoff) {
600                                $thread * t = try_pop(cltr, target __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.help));
601                                if(t) return t;
602                        }
603                }
604
605                for(READYQ_SHARD_FACTOR) {
606                        unsigned i = proc->rdq.id + (proc->rdq.itr++ % READYQ_SHARD_FACTOR);
607                        if($thread * t = try_pop(cltr, i __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.local))) return t;
608                }
609                return 0p;
610        }
611
612        __attribute__((hot)) struct $thread * pop_slow(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
613                unsigned i = __tls_rand() % lanes.count;
614                return try_pop(cltr, i __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.steal));
615        }
616
617        __attribute__((hot)) struct $thread * pop_search(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
618                return search(cltr);
619        }
620#endif
621
622//=======================================================================
623// Various Ready Queue utilities
624//=======================================================================
625// these function work the same or almost the same
626// whether they are using work-stealing or relaxed fifo scheduling
627
628//-----------------------------------------------------------------------
629// try to pop from a lane given by index w
630static inline struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned w __STATS(, __stats_readyQ_pop_t & stats)) with (cltr->ready_queue) {
631        __STATS( stats.attempt++; )
632
633        // Get relevant elements locally
634        __intrusive_lane_t & lane = lanes.data[w];
635
636        // If list looks empty retry
637        if( is_empty(lane) ) {
638                return 0p;
639        }
640
641        // If we can't get the lock retry
642        if( !__atomic_try_acquire(&lane.lock) ) {
643                return 0p;
644        }
645
646        // If list is empty, unlock and retry
647        if( is_empty(lane) ) {
648                __atomic_unlock(&lane.lock);
649                return 0p;
650        }
651
652        // Actually pop the list
653        struct $thread * thrd;
654        unsigned long long tsv;
655        [thrd, tsv] = pop(lane);
656
657        /* paranoid */ verify(thrd);
658        /* paranoid */ verify(tsv);
659        /* paranoid */ verify(lane.lock);
660
661        // Unlock and return
662        __atomic_unlock(&lane.lock);
663
664        // Update statistics
665        __STATS( stats.success++; )
666
667        #if defined(USE_WORK_STEALING)
668                lanes.tscs[w].tv = tsv;
669        #endif
670
671        thrd->preferred = w;
672
673        // return the popped thread
674        return thrd;
675}
676
677//-----------------------------------------------------------------------
678// try to pop from any lanes making sure you don't miss any threads push
679// before the start of the function
680static inline struct $thread * search(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
681        /* paranoid */ verify( lanes.count > 0 );
682        unsigned count = __atomic_load_n( &lanes.count, __ATOMIC_RELAXED );
683        unsigned offset = __tls_rand();
684        for(i; count) {
685                unsigned idx = (offset + i) % count;
686                struct $thread * thrd = try_pop(cltr, idx __STATS(, __tls_stats()->ready.pop.search));
687                if(thrd) {
688                        return thrd;
689                }
690        }
691
692        // All lanes where empty return 0p
693        return 0p;
694}
695
696//-----------------------------------------------------------------------
697// Check that all the intrusive queues in the data structure are still consistent
698static void check( __ready_queue_t & q ) with (q) {
699        #if defined(__CFA_WITH_VERIFY__)
700                {
701                        for( idx ; lanes.count ) {
702                                __intrusive_lane_t & sl = lanes.data[idx];
703                                assert(!lanes.data[idx].lock);
704
705                                        if(is_empty(sl)) {
706                                                assert( sl.anchor.next == 0p );
707                                                assert( sl.anchor.ts   == -1llu );
708                                                assert( mock_head(sl)  == sl.prev );
709                                        } else {
710                                                assert( sl.anchor.next != 0p );
711                                                assert( sl.anchor.ts   != -1llu );
712                                                assert( mock_head(sl)  != sl.prev );
713                                        }
714                        }
715                }
716        #endif
717}
718
719//-----------------------------------------------------------------------
720// Given 2 indexes, pick the list with the oldest push an try to pop from it
721static inline struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned i, unsigned j __STATS(, __stats_readyQ_pop_t & stats)) with (cltr->ready_queue) {
722        // Pick the bet list
723        int w = i;
724        if( __builtin_expect(!is_empty(lanes.data[j]), true) ) {
725                w = (ts(lanes.data[i]) < ts(lanes.data[j])) ? i : j;
726        }
727
728        return try_pop(cltr, w __STATS(, stats));
729}
730
731// Call this function of the intrusive list was moved using memcpy
732// fixes the list so that the pointers back to anchors aren't left dangling
733static inline void fix(__intrusive_lane_t & ll) {
734                        if(is_empty(ll)) {
735                                verify(ll.anchor.next == 0p);
736                                ll.prev = mock_head(ll);
737                        }
738}
739
740static void assign_list(unsigned & value, dlist(processor) & list, unsigned count) {
741        processor * it = &list`first;
742        for(unsigned i = 0; i < count; i++) {
743                /* paranoid */ verifyf( it, "Unexpected null iterator, at index %u of %u\n", i, count);
744                it->rdq.id = value;
745                it->rdq.target = -1u;
746                value += READYQ_SHARD_FACTOR;
747                it = &(*it)`next;
748        }
749}
750
751static void reassign_cltr_id(struct cluster * cltr) {
752        unsigned preferred = 0;
753        assign_list(preferred, cltr->procs.actives, cltr->procs.total - cltr->procs.idle);
754        assign_list(preferred, cltr->procs.idles  , cltr->procs.idle );
755}
756
757static void fix_times( struct cluster * cltr ) with( cltr->ready_queue ) {
758        #if defined(USE_WORK_STEALING)
759                lanes.tscs = alloc(lanes.count, lanes.tscs`realloc);
760                for(i; lanes.count) {
761                        unsigned long long tsc1 = ts(lanes.data[i]);
762                        unsigned long long tsc2 = rdtscl()
763                        lanes.tscs[i].tv = min(tsc1, tsc2);
764                }
765        #endif
766}
767
768#if defined(USE_CPU_WORK_STEALING)
769        // ready_queue size is fixed in this case
770        void ready_queue_grow(struct cluster * cltr) {}
771        void ready_queue_shrink(struct cluster * cltr) {}
772#else
773        // Grow the ready queue
774        void ready_queue_grow(struct cluster * cltr) {
775                size_t ncount;
776                int target = cltr->procs.total;
777
778                /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
779                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Growing ready queue\n");
780
781                // Make sure that everything is consistent
782                /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
783
784                // grow the ready queue
785                with( cltr->ready_queue ) {
786                        // Find new count
787                        // Make sure we always have atleast 1 list
788                        if(target >= 2) {
789                                ncount = target * READYQ_SHARD_FACTOR;
790                        } else {
791                                ncount = SEQUENTIAL_SHARD;
792                        }
793
794                        // Allocate new array (uses realloc and memcpies the data)
795                        lanes.data = alloc( ncount, lanes.data`realloc );
796
797                        // Fix the moved data
798                        for( idx; (size_t)lanes.count ) {
799                                fix(lanes.data[idx]);
800                        }
801
802                        // Construct new data
803                        for( idx; (size_t)lanes.count ~ ncount) {
804                                (lanes.data[idx]){};
805                        }
806
807                        // Update original
808                        lanes.count = ncount;
809                }
810
811                fix_times(cltr);
812
813                reassign_cltr_id(cltr);
814
815                // Make sure that everything is consistent
816                /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
817
818                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Growing ready queue done\n");
819
820                /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
821        }
822
823        // Shrink the ready queue
824        void ready_queue_shrink(struct cluster * cltr) {
825                /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
826                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Shrinking ready queue\n");
827
828                // Make sure that everything is consistent
829                /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
830
831                int target = cltr->procs.total;
832
833                with( cltr->ready_queue ) {
834                        // Remember old count
835                        size_t ocount = lanes.count;
836
837                        // Find new count
838                        // Make sure we always have atleast 1 list
839                        lanes.count = target >= 2 ? target * READYQ_SHARD_FACTOR: SEQUENTIAL_SHARD;
840                        /* paranoid */ verify( ocount >= lanes.count );
841                        /* paranoid */ verify( lanes.count == target * READYQ_SHARD_FACTOR || target < 2 );
842
843                        // for printing count the number of displaced threads
844                        #if defined(__CFA_DEBUG_PRINT__) || defined(__CFA_DEBUG_PRINT_READY_QUEUE__)
845                                __attribute__((unused)) size_t displaced = 0;
846                        #endif
847
848                        // redistribute old data
849                        for( idx; (size_t)lanes.count ~ ocount) {
850                                // Lock is not strictly needed but makes checking invariants much easier
851                                __attribute__((unused)) bool locked = __atomic_try_acquire(&lanes.data[idx].lock);
852                                verify(locked);
853
854                                // As long as we can pop from this lane to push the threads somewhere else in the queue
855                                while(!is_empty(lanes.data[idx])) {
856                                        struct $thread * thrd;
857                                        unsigned long long _;
858                                        [thrd, _] = pop(lanes.data[idx]);
859
860                                        push(cltr, thrd, true);
861
862                                        // for printing count the number of displaced threads
863                                        #if defined(__CFA_DEBUG_PRINT__) || defined(__CFA_DEBUG_PRINT_READY_QUEUE__)
864                                                displaced++;
865                                        #endif
866                                }
867
868                                // Unlock the lane
869                                __atomic_unlock(&lanes.data[idx].lock);
870
871                                // TODO print the queue statistics here
872
873                                ^(lanes.data[idx]){};
874                        }
875
876                        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Shrinking ready queue displaced %zu threads\n", displaced);
877
878                        // Allocate new array (uses realloc and memcpies the data)
879                        lanes.data = alloc( lanes.count, lanes.data`realloc );
880
881                        // Fix the moved data
882                        for( idx; (size_t)lanes.count ) {
883                                fix(lanes.data[idx]);
884                        }
885                }
886
887                fix_times(cltr);
888
889                reassign_cltr_id(cltr);
890
891                // Make sure that everything is consistent
892                /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
893
894                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Shrinking ready queue done\n");
895                /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
896        }
897#endif
898
899#if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
900        unsigned cnt(const __ready_queue_t & this, unsigned idx) {
901                /* paranoid */ verify(this.lanes.count > idx);
902                return this.lanes.data[idx].cnt;
903        }
904#endif
905
906
907#if   defined(CFA_HAVE_LINUX_LIBRSEQ)
908        // No definition needed
909#elif defined(CFA_HAVE_LINUX_RSEQ_H)
910
911        #if defined( __x86_64 ) || defined( __i386 )
912                #define RSEQ_SIG        0x53053053
913        #elif defined( __ARM_ARCH )
914                #ifdef __ARMEB__
915                #define RSEQ_SIG    0xf3def5e7      /* udf    #24035    ; 0x5de3 (ARMv6+) */
916                #else
917                #define RSEQ_SIG    0xe7f5def3      /* udf    #24035    ; 0x5de3 */
918                #endif
919        #endif
920
921        extern void __disable_interrupts_hard();
922        extern void __enable_interrupts_hard();
923
924        void __kernel_raw_rseq_register  (void) {
925                /* paranoid */ verify( __cfaabi_rseq.cpu_id == RSEQ_CPU_ID_UNINITIALIZED );
926
927                // int ret = syscall(__NR_rseq, &__cfaabi_rseq, sizeof(struct rseq), 0, (sigset_t *)0p, _NSIG / 8);
928                int ret = syscall(__NR_rseq, &__cfaabi_rseq, sizeof(struct rseq), 0, RSEQ_SIG);
929                if(ret != 0) {
930                        int e = errno;
931                        switch(e) {
932                        case EINVAL: abort("KERNEL ERROR: rseq register invalid argument");
933                        case ENOSYS: abort("KERNEL ERROR: rseq register no supported");
934                        case EFAULT: abort("KERNEL ERROR: rseq register with invalid argument");
935                        case EBUSY : abort("KERNEL ERROR: rseq register already registered");
936                        case EPERM : abort("KERNEL ERROR: rseq register sig  argument  on unregistration does not match the signature received on registration");
937                        default: abort("KERNEL ERROR: rseq register unexpected return %d", e);
938                        }
939                }
940        }
941
942        void __kernel_raw_rseq_unregister(void) {
943                /* paranoid */ verify( __cfaabi_rseq.cpu_id >= 0 );
944
945                // int ret = syscall(__NR_rseq, &__cfaabi_rseq, sizeof(struct rseq), RSEQ_FLAG_UNREGISTER, (sigset_t *)0p, _NSIG / 8);
946                int ret = syscall(__NR_rseq, &__cfaabi_rseq, sizeof(struct rseq), RSEQ_FLAG_UNREGISTER, RSEQ_SIG);
947                if(ret != 0) {
948                        int e = errno;
949                        switch(e) {
950                        case EINVAL: abort("KERNEL ERROR: rseq unregister invalid argument");
951                        case ENOSYS: abort("KERNEL ERROR: rseq unregister no supported");
952                        case EFAULT: abort("KERNEL ERROR: rseq unregister with invalid argument");
953                        case EBUSY : abort("KERNEL ERROR: rseq unregister already registered");
954                        case EPERM : abort("KERNEL ERROR: rseq unregister sig  argument  on unregistration does not match the signature received on registration");
955                        default: abort("KERNEL ERROR: rseq unregisteunexpected return %d", e);
956                        }
957                }
958        }
959#else
960        // No definition needed
961#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.