source: libcfa/src/concurrency/ready_queue.cfa @ ceb7db8

arm-ehjacob/cs343-translationnew-ast-unique-expr
Last change on this file since ceb7db8 was ceb7db8, checked in by m3zulfiq <m3zulfiq@…>, 15 months ago

Added alloc interface with backtick and removed polymorphic alloc interface. Also, changed ready_queue.cfa: 549, 640; setup.cfa: 386; to fit the new alloc interface.

  • Property mode set to 100644
File size: 18.0 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 __CFA_DEBUG_PRINT_READY_QUEUE__
18
19// #define USE_SNZI
20
21#include "bits/defs.hfa"
22#include "kernel_private.hfa"
23
24#define _GNU_SOURCE
25#include "stdlib.hfa"
26#include "math.hfa"
27
28#include <unistd.h>
29
30#include "snzi.hfa"
31#include "ready_subqueue.hfa"
32
33static const size_t cache_line_size = 64;
34
35// No overriden function, no environment variable, no define
36// fall back to a magic number
37#ifndef __CFA_MAX_PROCESSORS__
38        #define __CFA_MAX_PROCESSORS__ 1024
39#endif
40
41#define BIAS 16
42
43// returns the maximum number of processors the RWLock support
44__attribute__((weak)) unsigned __max_processors() {
45        const char * max_cores_s = getenv("CFA_MAX_PROCESSORS");
46        if(!max_cores_s) {
47                __cfadbg_print_nolock(ready_queue, "No CFA_MAX_PROCESSORS in ENV\n");
48                return __CFA_MAX_PROCESSORS__;
49        }
50
51        char * endptr = 0p;
52        long int max_cores_l = strtol(max_cores_s, &endptr, 10);
53        if(max_cores_l < 1 || max_cores_l > 65535) {
54                __cfadbg_print_nolock(ready_queue, "CFA_MAX_PROCESSORS out of range : %ld\n", max_cores_l);
55                return __CFA_MAX_PROCESSORS__;
56        }
57        if('\0' != *endptr) {
58                __cfadbg_print_nolock(ready_queue, "CFA_MAX_PROCESSORS not a decimal number : %s\n", max_cores_s);
59                return __CFA_MAX_PROCESSORS__;
60        }
61
62        return max_cores_l;
63}
64
65//=======================================================================
66// Cluster wide reader-writer lock
67//=======================================================================
68void  ?{}(__scheduler_RWLock_t & this) {
69        this.max   = __max_processors();
70        this.alloc = 0;
71        this.ready = 0;
72        this.lock  = false;
73        this.data  = alloc(this.max);
74
75        /*paranoid*/ verify( 0 == (((uintptr_t)(this.data    )) % 64) );
76        /*paranoid*/ verify( 0 == (((uintptr_t)(this.data + 1)) % 64) );
77        /*paranoid*/ verify(__atomic_is_lock_free(sizeof(this.alloc), &this.alloc));
78        /*paranoid*/ verify(__atomic_is_lock_free(sizeof(this.ready), &this.ready));
79
80}
81void ^?{}(__scheduler_RWLock_t & this) {
82        free(this.data);
83}
84
85void ?{}( __scheduler_lock_id_t & this, __processor_id_t * proc ) {
86        this.handle = proc;
87        this.lock   = false;
88        #ifdef __CFA_WITH_VERIFY__
89                this.owned  = false;
90        #endif
91}
92
93//=======================================================================
94// Lock-Free registering/unregistering of threads
95unsigned doregister( struct __processor_id_t * proc ) with(*__scheduler_lock) {
96        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Registering proc %p for RW-Lock\n", proc);
97
98        // Step - 1 : check if there is already space in the data
99        uint_fast32_t s = ready;
100
101        // Check among all the ready
102        for(uint_fast32_t i = 0; i < s; i++) {
103                __processor_id_t * null = 0p; // Re-write every loop since compare thrashes it
104                if( __atomic_load_n(&data[i].handle, (int)__ATOMIC_RELAXED) == null
105                        && __atomic_compare_exchange_n( &data[i].handle, &null, proc, false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST)) {
106                        /*paranoid*/ verify(i < ready);
107                        /*paranoid*/ verify(0 == (__alignof__(data[i]) % cache_line_size));
108                        /*paranoid*/ verify((((uintptr_t)&data[i]) % cache_line_size) == 0);
109                        return i;
110                }
111        }
112
113        if(max <= alloc) abort("Trying to create more than %ud processors", __scheduler_lock->max);
114
115        // Step - 2 : F&A to get a new spot in the array.
116        uint_fast32_t n = __atomic_fetch_add(&alloc, 1, __ATOMIC_SEQ_CST);
117        if(max <= n) abort("Trying to create more than %ud processors", __scheduler_lock->max);
118
119        // Step - 3 : Mark space as used and then publish it.
120        __scheduler_lock_id_t * storage = (__scheduler_lock_id_t *)&data[n];
121        (*storage){ proc };
122        while() {
123                unsigned copy = n;
124                if( __atomic_load_n(&ready, __ATOMIC_RELAXED) == n
125                        && __atomic_compare_exchange_n(&ready, &copy, n + 1, true, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST))
126                        break;
127                Pause();
128        }
129
130        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Registering proc %p done, id %lu\n", proc, n);
131
132        // Return new spot.
133        /*paranoid*/ verify(n < ready);
134        /*paranoid*/ verify(__alignof__(data[n]) == (2 * cache_line_size));
135        /*paranoid*/ verify((((uintptr_t)&data[n]) % cache_line_size) == 0);
136        return n;
137}
138
139void unregister( struct __processor_id_t * proc ) with(*__scheduler_lock) {
140        unsigned id = proc->id;
141        /*paranoid*/ verify(id < ready);
142        /*paranoid*/ verify(proc == __atomic_load_n(&data[id].handle, __ATOMIC_RELAXED));
143        __atomic_store_n(&data[id].handle, 0p, __ATOMIC_RELEASE);
144
145        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Unregister proc %p\n", proc);
146}
147
148//-----------------------------------------------------------------------
149// Writer side : acquire when changing the ready queue, e.g. adding more
150//  queues or removing them.
151uint_fast32_t ready_mutate_lock( void ) with(*__scheduler_lock) {
152        /* paranoid */ verify( ! kernelTLS.preemption_state.enabled );
153
154        // Step 1 : lock global lock
155        // It is needed to avoid processors that register mid Critical-Section
156        //   to simply lock their own lock and enter.
157        __atomic_acquire( &lock );
158
159        // Step 2 : lock per-proc lock
160        // Processors that are currently being registered aren't counted
161        //   but can't be in read_lock or in the critical section.
162        // All other processors are counted
163        uint_fast32_t s = ready;
164        for(uint_fast32_t i = 0; i < s; i++) {
165                __atomic_acquire( &data[i].lock );
166        }
167
168        /* paranoid */ verify( ! kernelTLS.preemption_state.enabled );
169        return s;
170}
171
172void ready_mutate_unlock( uint_fast32_t last_s ) with(*__scheduler_lock) {
173        /* paranoid */ verify( ! kernelTLS.preemption_state.enabled );
174
175        // Step 1 : release local locks
176        // This must be done while the global lock is held to avoid
177        //   threads that where created mid critical section
178        //   to race to lock their local locks and have the writer
179        //   immidiately unlock them
180        // Alternative solution : return s in write_lock and pass it to write_unlock
181        for(uint_fast32_t i = 0; i < last_s; i++) {
182                verify(data[i].lock);
183                __atomic_store_n(&data[i].lock, (bool)false, __ATOMIC_RELEASE);
184        }
185
186        // Step 2 : release global lock
187        /*paranoid*/ assert(true == lock);
188        __atomic_store_n(&lock, (bool)false, __ATOMIC_RELEASE);
189
190        /* paranoid */ verify( ! kernelTLS.preemption_state.enabled );
191}
192
193//=======================================================================
194// Cforall Reqdy Queue used for scheduling
195//=======================================================================
196void ?{}(__ready_queue_t & this) with (this) {
197        lanes.data  = 0p;
198        lanes.count = 0;
199}
200
201void ^?{}(__ready_queue_t & this) with (this) {
202        verify( 1 == lanes.count );
203        #ifdef USE_SNZI
204                verify( !query( snzi ) );
205        #endif
206        free(lanes.data);
207}
208
209//-----------------------------------------------------------------------
210__attribute__((hot)) bool query(struct cluster * cltr) {
211        #ifdef USE_SNZI
212                return query(cltr->ready_queue.snzi);
213        #endif
214        return true;
215}
216
217static inline [unsigned, bool] idx_from_r(unsigned r, unsigned preferred) {
218        unsigned i;
219        bool local;
220        #if defined(BIAS)
221                unsigned rlow  = r % BIAS;
222                unsigned rhigh = r / BIAS;
223                if((0 != rlow) && preferred >= 0) {
224                        // (BIAS - 1) out of BIAS chances
225                        // Use perferred queues
226                        i = preferred + (rhigh % 4);
227                        local = true;
228                }
229                else {
230                        // 1 out of BIAS chances
231                        // Use all queues
232                        i = rhigh;
233                        local = false;
234                }
235        #else
236                i = r;
237                local = false;
238        #endif
239        return [i, local];
240}
241
242//-----------------------------------------------------------------------
243__attribute__((hot)) bool push(struct cluster * cltr, struct $thread * thrd) with (cltr->ready_queue) {
244        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Pushing %p on cluster %p\n", thrd, cltr);
245
246        // write timestamp
247        thrd->link.ts = rdtscl();
248
249        __attribute__((unused)) bool local;
250        __attribute__((unused)) int preferred;
251        #if defined(BIAS)
252                preferred =
253                        //*
254                        kernelTLS.this_processor ? kernelTLS.this_processor->id * 4 : -1;
255                        /*/
256                        thrd->link.preferred * 4;
257                        //*/
258        #endif
259
260        // Try to pick a lane and lock it
261        unsigned i;
262        do {
263                // Pick the index of a lane
264                // unsigned r = __tls_rand();
265                unsigned r = __tls_rand_fwd();
266                [i, local] = idx_from_r(r, preferred);
267
268                #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
269                        if(local) {
270                                __tls_stats()->ready.pick.push.local++;
271                        }
272                #endif
273
274                i %= __atomic_load_n( &lanes.count, __ATOMIC_RELAXED );
275
276                #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
277                        __tls_stats()->ready.pick.push.attempt++;
278                #endif
279
280                // If we can't lock it retry
281        } while( !__atomic_try_acquire( &lanes.data[i].lock ) );
282
283        bool first = false;
284
285        // Actually push it
286        #ifdef USE_SNZI
287                bool lane_first =
288        #endif
289
290        push(lanes.data[i], thrd);
291
292        #ifdef USE_SNZI
293                // If this lane used to be empty we need to do more
294                if(lane_first) {
295                        // Check if the entire queue used to be empty
296                        first = !query(snzi);
297
298                        // Update the snzi
299                        arrive( snzi, i );
300                }
301        #endif
302
303        __tls_rand_advance_bck();
304
305        // Unlock and return
306        __atomic_unlock( &lanes.data[i].lock );
307
308        __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);
309
310        // Update statistics
311        #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
312                #if defined(BIAS)
313                        if( local ) __tls_stats()->ready.pick.push.lsuccess++;
314                #endif
315                __tls_stats()->ready.pick.push.success++;
316        #endif
317
318        // return whether or not the list was empty before this push
319        return first;
320}
321
322static struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned i, unsigned j);
323static struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned i);
324
325// Pop from the ready queue from a given cluster
326__attribute__((hot)) $thread * pop(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
327        /* paranoid */ verify( lanes.count > 0 );
328        unsigned count = __atomic_load_n( &lanes.count, __ATOMIC_RELAXED );
329        int preferred;
330        #if defined(BIAS)
331                // Don't bother trying locally too much
332                int local_tries = 8;
333                preferred = kernelTLS.this_processor->id * 4;
334        #endif
335
336
337        // As long as the list is not empty, try finding a lane that isn't empty and pop from it
338        #ifdef USE_SNZI
339                while( query(snzi) ) {
340        #else
341                for(25) {
342        #endif
343                // Pick two lists at random
344                // unsigned ri = __tls_rand();
345                // unsigned rj = __tls_rand();
346                unsigned ri = __tls_rand_bck();
347                unsigned rj = __tls_rand_bck();
348
349                unsigned i, j;
350                __attribute__((unused)) bool locali, localj;
351                [i, locali] = idx_from_r(ri, preferred);
352                [j, localj] = idx_from_r(rj, preferred);
353
354                #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
355                        if(locali) {
356                                __tls_stats()->ready.pick.pop.local++;
357                        }
358                        if(localj) {
359                                __tls_stats()->ready.pick.pop.local++;
360                        }
361                #endif
362
363                i %= count;
364                j %= count;
365
366                // try popping from the 2 picked lists
367                struct $thread * thrd = try_pop(cltr, i, j);
368                if(thrd) {
369                        #if defined(BIAS) && !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
370                                if( locali || localj ) __tls_stats()->ready.pick.pop.lsuccess++;
371                        #endif
372                        return thrd;
373                }
374        }
375
376        // All lanes where empty return 0p
377        return 0p;
378}
379
380__attribute__((hot)) struct $thread * pop_slow(struct cluster * cltr) with (cltr->ready_queue) {
381        /* paranoid */ verify( lanes.count > 0 );
382        unsigned count = __atomic_load_n( &lanes.count, __ATOMIC_RELAXED );
383        unsigned offset = __tls_rand();
384        for(i; count) {
385                unsigned idx = (offset + i) % count;
386                struct $thread * thrd = try_pop(cltr, idx);
387                if(thrd) {
388                        return thrd;
389                }
390        }
391
392        // All lanes where empty return 0p
393        return 0p;
394}
395
396
397//-----------------------------------------------------------------------
398// Given 2 indexes, pick the list with the oldest push an try to pop from it
399static inline struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned i, unsigned j) with (cltr->ready_queue) {
400        #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
401                __tls_stats()->ready.pick.pop.attempt++;
402        #endif
403
404        // Pick the bet list
405        int w = i;
406        if( __builtin_expect(!is_empty(lanes.data[j]), true) ) {
407                w = (ts(lanes.data[i]) < ts(lanes.data[j])) ? i : j;
408        }
409
410        return try_pop(cltr, w);
411}
412
413static inline struct $thread * try_pop(struct cluster * cltr, unsigned w) with (cltr->ready_queue) {
414        // Get relevant elements locally
415        __intrusive_lane_t & lane = lanes.data[w];
416
417        // If list looks empty retry
418        if( is_empty(lane) ) return 0p;
419
420        // If we can't get the lock retry
421        if( !__atomic_try_acquire(&lane.lock) ) return 0p;
422
423
424        // If list is empty, unlock and retry
425        if( is_empty(lane) ) {
426                __atomic_unlock(&lane.lock);
427                return 0p;
428        }
429
430        // Actually pop the list
431        struct $thread * thrd;
432        thrd = pop(lane);
433
434        /* paranoid */ verify(thrd);
435        /* paranoid */ verify(lane.lock);
436
437        #ifdef USE_SNZI
438                // If this was the last element in the lane
439                if(emptied) {
440                        depart( snzi, w );
441                }
442        #endif
443
444        // Unlock and return
445        __atomic_unlock(&lane.lock);
446
447        // Update statistics
448        #if !defined(__CFA_NO_STATISTICS__)
449                __tls_stats()->ready.pick.pop.success++;
450        #endif
451
452        // Update the thread bias
453        thrd->link.preferred = w / 4;
454
455        // return the popped thread
456        return thrd;
457}
458//-----------------------------------------------------------------------
459
460bool remove_head(struct cluster * cltr, struct $thread * thrd) with (cltr->ready_queue) {
461        for(i; lanes.count) {
462                __intrusive_lane_t & lane = lanes.data[i];
463
464                bool removed = false;
465
466                __atomic_acquire(&lane.lock);
467                        if(head(lane)->link.next == thrd) {
468                                $thread * pthrd;
469                                pthrd = pop(lane);
470
471                                /* paranoid */ verify( pthrd == thrd );
472
473                                removed = true;
474                                #ifdef USE_SNZI
475                                        if(emptied) {
476                                                depart( snzi, i );
477                                        }
478                                #endif
479                        }
480                __atomic_unlock(&lane.lock);
481
482                if( removed ) return true;
483        }
484        return false;
485}
486
487//-----------------------------------------------------------------------
488
489static void check( __ready_queue_t & q ) with (q) {
490        #if defined(__CFA_WITH_VERIFY__)
491                {
492                        for( idx ; lanes.count ) {
493                                __intrusive_lane_t & sl = lanes.data[idx];
494                                assert(!lanes.data[idx].lock);
495
496                                assert(head(sl)->link.prev == 0p );
497                                assert(head(sl)->link.next->link.prev == head(sl) );
498                                assert(tail(sl)->link.next == 0p );
499                                assert(tail(sl)->link.prev->link.next == tail(sl) );
500
501                                if(sl.before.link.ts == 0l) {
502                                        assert(tail(sl)->link.prev == head(sl));
503                                        assert(head(sl)->link.next == tail(sl));
504                                } else {
505                                        assert(tail(sl)->link.prev != head(sl));
506                                        assert(head(sl)->link.next != tail(sl));
507                                }
508                        }
509                }
510        #endif
511}
512
513// Call this function of the intrusive list was moved using memcpy
514// fixes the list so that the pointers back to anchors aren't left dangling
515static inline void fix(__intrusive_lane_t & ll) {
516        // if the list is not empty then follow he pointer and fix its reverse
517        if(!is_empty(ll)) {
518                head(ll)->link.next->link.prev = head(ll);
519                tail(ll)->link.prev->link.next = tail(ll);
520        }
521        // Otherwise just reset the list
522        else {
523                verify(tail(ll)->link.next == 0p);
524                tail(ll)->link.prev = head(ll);
525                head(ll)->link.next = tail(ll);
526                verify(head(ll)->link.prev == 0p);
527        }
528}
529
530// Grow the ready queue
531void ready_queue_grow  (struct cluster * cltr, int target) {
532        /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
533        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Growing ready queue\n");
534
535        // Make sure that everything is consistent
536        /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
537
538        // grow the ready queue
539        with( cltr->ready_queue ) {
540                #ifdef USE_SNZI
541                        ^(snzi){};
542                #endif
543
544                // Find new count
545                // Make sure we always have atleast 1 list
546                size_t ncount = target >= 2 ? target * 4: 1;
547
548                // Allocate new array (uses realloc and memcpies the data)
549                lanes.data = alloc( ncount, lanes.data`realloc );
550
551                // Fix the moved data
552                for( idx; (size_t)lanes.count ) {
553                        fix(lanes.data[idx]);
554                }
555
556                // Construct new data
557                for( idx; (size_t)lanes.count ~ ncount) {
558                        (lanes.data[idx]){};
559                }
560
561                // Update original
562                lanes.count = ncount;
563
564                #ifdef USE_SNZI
565                        // Re-create the snzi
566                        snzi{ log2( lanes.count / 8 ) };
567                        for( idx; (size_t)lanes.count ) {
568                                if( !is_empty(lanes.data[idx]) ) {
569                                        arrive(snzi, idx);
570                                }
571                        }
572                #endif
573        }
574
575        // Make sure that everything is consistent
576        /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
577
578        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Growing ready queue done\n");
579
580        /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
581}
582
583// Shrink the ready queue
584void ready_queue_shrink(struct cluster * cltr, int target) {
585        /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
586        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Shrinking ready queue\n");
587
588        // Make sure that everything is consistent
589        /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
590
591        with( cltr->ready_queue ) {
592                #ifdef USE_SNZI
593                        ^(snzi){};
594                #endif
595
596                // Remember old count
597                size_t ocount = lanes.count;
598
599                // Find new count
600                // Make sure we always have atleast 1 list
601                lanes.count = target >= 2 ? target * 4: 1;
602                /* paranoid */ verify( ocount >= lanes.count );
603                /* paranoid */ verify( lanes.count == target * 4 || target < 2 );
604
605                // for printing count the number of displaced threads
606                #if defined(__CFA_DEBUG_PRINT__) || defined(__CFA_DEBUG_PRINT_READY_QUEUE__)
607                        __attribute__((unused)) size_t displaced = 0;
608                #endif
609
610                // redistribute old data
611                for( idx; (size_t)lanes.count ~ ocount) {
612                        // Lock is not strictly needed but makes checking invariants much easier
613                        __attribute__((unused)) bool locked = __atomic_try_acquire(&lanes.data[idx].lock);
614                        verify(locked);
615
616                        // As long as we can pop from this lane to push the threads somewhere else in the queue
617                        while(!is_empty(lanes.data[idx])) {
618                                struct $thread * thrd;
619                                thrd = pop(lanes.data[idx]);
620
621                                push(cltr, thrd);
622
623                                // for printing count the number of displaced threads
624                                #if defined(__CFA_DEBUG_PRINT__) || defined(__CFA_DEBUG_PRINT_READY_QUEUE__)
625                                        displaced++;
626                                #endif
627                        }
628
629                        // Unlock the lane
630                        __atomic_unlock(&lanes.data[idx].lock);
631
632                        // TODO print the queue statistics here
633
634                        ^(lanes.data[idx]){};
635                }
636
637                __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Shrinking ready queue displaced %zu threads\n", displaced);
638
639                // Allocate new array (uses realloc and memcpies the data)
640                lanes.data = alloc( lanes.count, lanes.data`realloc );
641
642                // Fix the moved data
643                for( idx; (size_t)lanes.count ) {
644                        fix(lanes.data[idx]);
645                }
646
647                #ifdef USE_SNZI
648                        // Re-create the snzi
649                        snzi{ log2( lanes.count / 8 ) };
650                        for( idx; (size_t)lanes.count ) {
651                                if( !is_empty(lanes.data[idx]) ) {
652                                        arrive(snzi, idx);
653                                }
654                        }
655                #endif
656        }
657
658        // Make sure that everything is consistent
659        /* paranoid */ check( cltr->ready_queue );
660
661        __cfadbg_print_safe(ready_queue, "Kernel : Shrinking ready queue done\n");
662        /* paranoid */ verify( ready_mutate_islocked() );
663}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.