]> granicus.if.org Git - postgresql/blob - src/backend/storage/lmgr/s_lock.c
Phase 2 of pgindent updates.
[postgresql] / src / backend / storage / lmgr / s_lock.c
1 /*-------------------------------------------------------------------------
2  *
3  * s_lock.c
4  *         Hardware-dependent implementation of spinlocks.
5  *
6  * When waiting for a contended spinlock we loop tightly for awhile, then
7  * delay using pg_usleep() and try again.  Preferably, "awhile" should be a
8  * small multiple of the maximum time we expect a spinlock to be held.  100
9  * iterations seems about right as an initial guess.  However, on a
10  * uniprocessor the loop is a waste of cycles, while in a multi-CPU scenario
11  * it's usually better to spin a bit longer than to call the kernel, so we try
12  * to adapt the spin loop count depending on whether we seem to be in a
13  * uniprocessor or multiprocessor.
14  *
15  * Note: you might think MIN_SPINS_PER_DELAY should be just 1, but you'd
16  * be wrong; there are platforms where that can result in a "stuck
17  * spinlock" failure.  This has been seen particularly on Alphas; it seems
18  * that the first TAS after returning from kernel space will always fail
19  * on that hardware.
20  *
21  * Once we do decide to block, we use randomly increasing pg_usleep()
22  * delays. The first delay is 1 msec, then the delay randomly increases to
23  * about one second, after which we reset to 1 msec and start again.  The
24  * idea here is that in the presence of heavy contention we need to
25  * increase the delay, else the spinlock holder may never get to run and
26  * release the lock.  (Consider situation where spinlock holder has been
27  * nice'd down in priority by the scheduler --- it will not get scheduled
28  * until all would-be acquirers are sleeping, so if we always use a 1-msec
29  * sleep, there is a real possibility of starvation.)  But we can't just
30  * clamp the delay to an upper bound, else it would take a long time to
31  * make a reasonable number of tries.
32  *
33  * We time out and declare error after NUM_DELAYS delays (thus, exactly
34  * that many tries).  With the given settings, this will usually take 2 or
35  * so minutes.  It seems better to fix the total number of tries (and thus
36  * the probability of unintended failure) than to fix the total time
37  * spent.
38  *
39  * Portions Copyright (c) 1996-2017, PostgreSQL Global Development Group
40  * Portions Copyright (c) 1994, Regents of the University of California
41  *
42  *
43  * IDENTIFICATION
44  *        src/backend/storage/lmgr/s_lock.c
45  *
46  *-------------------------------------------------------------------------
47  */
48 #include "postgres.h"
49
50 #include <time.h>
51 #include <unistd.h>
52
53 #include "storage/s_lock.h"
54 #include "port/atomics.h"
55
56
57 #define MIN_SPINS_PER_DELAY 10
58 #define MAX_SPINS_PER_DELAY 1000
59 #define NUM_DELAYS                      1000
60 #define MIN_DELAY_USEC          1000L
61 #define MAX_DELAY_USEC          1000000L
62
63
64 slock_t         dummy_spinlock;
65
66 static int      spins_per_delay = DEFAULT_SPINS_PER_DELAY;
67
68
69 /*
70  * s_lock_stuck() - complain about a stuck spinlock
71  */
72 static void
73 s_lock_stuck(const char *file, int line, const char *func)
74 {
75         if (!func)
76                 func = "(unknown)";
77 #if defined(S_LOCK_TEST)
78         fprintf(stderr,
79                         "\nStuck spinlock detected at %s, %s:%d.\n",
80                         func, file, line);
81         exit(1);
82 #else
83         elog(PANIC, "stuck spinlock detected at %s, %s:%d",
84                  func, file, line);
85 #endif
86 }
87
88 /*
89  * s_lock(lock) - platform-independent portion of waiting for a spinlock.
90  */
91 int
92 s_lock(volatile slock_t *lock, const char *file, int line, const char *func)
93 {
94         SpinDelayStatus delayStatus;
95
96         init_spin_delay(&delayStatus, file, line, func);
97
98         while (TAS_SPIN(lock))
99         {
100                 perform_spin_delay(&delayStatus);
101         }
102
103         finish_spin_delay(&delayStatus);
104
105         return delayStatus.delays;
106 }
107
108 #ifdef USE_DEFAULT_S_UNLOCK
109 void
110 s_unlock(volatile slock_t *lock)
111 {
112 #ifdef TAS_ACTIVE_WORD
113         /* HP's PA-RISC */
114         *TAS_ACTIVE_WORD(lock) = -1;
115 #else
116         *lock = 0;
117 #endif
118 }
119 #endif
120
121 /*
122  * Wait while spinning on a contended spinlock.
123  */
124 void
125 perform_spin_delay(SpinDelayStatus *status)
126 {
127         /* CPU-specific delay each time through the loop */
128         SPIN_DELAY();
129
130         /* Block the process every spins_per_delay tries */
131         if (++(status->spins) >= spins_per_delay)
132         {
133                 if (++(status->delays) > NUM_DELAYS)
134                         s_lock_stuck(status->file, status->line, status->func);
135
136                 if (status->cur_delay == 0) /* first time to delay? */
137                         status->cur_delay = MIN_DELAY_USEC;
138
139                 pg_usleep(status->cur_delay);
140
141 #if defined(S_LOCK_TEST)
142                 fprintf(stdout, "*");
143                 fflush(stdout);
144 #endif
145
146                 /* increase delay by a random fraction between 1X and 2X */
147                 status->cur_delay += (int) (status->cur_delay *
148                                           ((double) random() / (double) MAX_RANDOM_VALUE) + 0.5);
149                 /* wrap back to minimum delay when max is exceeded */
150                 if (status->cur_delay > MAX_DELAY_USEC)
151                         status->cur_delay = MIN_DELAY_USEC;
152
153                 status->spins = 0;
154         }
155 }
156
157 /*
158  * After acquiring a spinlock, update estimates about how long to loop.
159  *
160  * If we were able to acquire the lock without delaying, it's a good
161  * indication we are in a multiprocessor.  If we had to delay, it's a sign
162  * (but not a sure thing) that we are in a uniprocessor. Hence, we
163  * decrement spins_per_delay slowly when we had to delay, and increase it
164  * rapidly when we didn't.  It's expected that spins_per_delay will
165  * converge to the minimum value on a uniprocessor and to the maximum
166  * value on a multiprocessor.
167  *
168  * Note: spins_per_delay is local within our current process. We want to
169  * average these observations across multiple backends, since it's
170  * relatively rare for this function to even get entered, and so a single
171  * backend might not live long enough to converge on a good value.  That
172  * is handled by the two routines below.
173  */
174 void
175 finish_spin_delay(SpinDelayStatus *status)
176 {
177         if (status->cur_delay == 0)
178         {
179                 /* we never had to delay */
180                 if (spins_per_delay < MAX_SPINS_PER_DELAY)
181                         spins_per_delay = Min(spins_per_delay + 100, MAX_SPINS_PER_DELAY);
182         }
183         else
184         {
185                 if (spins_per_delay > MIN_SPINS_PER_DELAY)
186                         spins_per_delay = Max(spins_per_delay - 1, MIN_SPINS_PER_DELAY);
187         }
188 }
189
190 /*
191  * Set local copy of spins_per_delay during backend startup.
192  *
193  * NB: this has to be pretty fast as it is called while holding a spinlock
194  */
195 void
196 set_spins_per_delay(int shared_spins_per_delay)
197 {
198         spins_per_delay = shared_spins_per_delay;
199 }
200
201 /*
202  * Update shared estimate of spins_per_delay during backend exit.
203  *
204  * NB: this has to be pretty fast as it is called while holding a spinlock
205  */
206 int
207 update_spins_per_delay(int shared_spins_per_delay)
208 {
209         /*
210          * We use an exponential moving average with a relatively slow adaption
211          * rate, so that noise in any one backend's result won't affect the shared
212          * value too much.  As long as both inputs are within the allowed range,
213          * the result must be too, so we need not worry about clamping the result.
214          *
215          * We deliberately truncate rather than rounding; this is so that single
216          * adjustments inside a backend can affect the shared estimate (see the
217          * asymmetric adjustment rules above).
218          */
219         return (shared_spins_per_delay * 15 + spins_per_delay) / 16;
220 }
221
222
223 /*
224  * Various TAS implementations that cannot live in s_lock.h as no inline
225  * definition exists (yet).
226  * In the future, get rid of tas.[cso] and fold it into this file.
227  *
228  * If you change something here, you will likely need to modify s_lock.h too,
229  * because the definitions for these are split between this file and s_lock.h.
230  */
231
232
233 #ifdef HAVE_SPINLOCKS                   /* skip spinlocks if requested */
234
235
236 #if defined(__GNUC__)
237
238 /*
239  * All the gcc flavors that are not inlined
240  */
241
242
243 /*
244  * Note: all the if-tests here probably ought to be testing gcc version
245  * rather than platform, but I don't have adequate info to know what to
246  * write.  Ideally we'd flush all this in favor of the inline version.
247  */
248 #if defined(__m68k__) && !defined(__linux__)
249 /* really means: extern int tas(slock_t* **lock); */
250 static void
251 tas_dummy()
252 {
253         __asm__ __volatile__(
254 #if defined(__NetBSD__) && defined(__ELF__)
255 /* no underscore for label and % for registers */
256                                                  "\
257 .global         tas                             \n\
258 tas:                                                    \n\
259                         movel   %sp@(0x4),%a0   \n\
260                         tas     %a0@            \n\
261                         beq     _success        \n\
262                         moveq   #-128,%d0       \n\
263                         rts                             \n\
264 _success:                                               \n\
265                         moveq   #0,%d0          \n\
266                         rts                             \n"
267 #else
268                                                  "\
269 .global         _tas                            \n\
270 _tas:                                                   \n\
271                         movel   sp@(0x4),a0     \n\
272                         tas     a0@                     \n\
273                         beq     _success        \n\
274                         moveq   #-128,d0        \n\
275                         rts                                     \n\
276 _success:                                               \n\
277                         moveq   #0,d0           \n\
278                         rts                                     \n"
279 #endif                                                  /* __NetBSD__ && __ELF__ */
280                 );
281 }
282 #endif                                                  /* __m68k__ && !__linux__ */
283 #endif                                                  /* not __GNUC__ */
284 #endif                                                  /* HAVE_SPINLOCKS */
285
286
287
288 /*****************************************************************************/
289 #if defined(S_LOCK_TEST)
290
291 /*
292  * test program for verifying a port's spinlock support.
293  */
294
295 struct test_lock_struct
296 {
297         char            pad1;
298         slock_t         lock;
299         char            pad2;
300 };
301
302 volatile struct test_lock_struct test_lock;
303
304 int
305 main()
306 {
307         srandom((unsigned int) time(NULL));
308
309         test_lock.pad1 = test_lock.pad2 = 0x44;
310
311         S_INIT_LOCK(&test_lock.lock);
312
313         if (test_lock.pad1 != 0x44 || test_lock.pad2 != 0x44)
314         {
315                 printf("S_LOCK_TEST: failed, declared datatype is wrong size\n");
316                 return 1;
317         }
318
319         if (!S_LOCK_FREE(&test_lock.lock))
320         {
321                 printf("S_LOCK_TEST: failed, lock not initialized\n");
322                 return 1;
323         }
324
325         S_LOCK(&test_lock.lock);
326
327         if (test_lock.pad1 != 0x44 || test_lock.pad2 != 0x44)
328         {
329                 printf("S_LOCK_TEST: failed, declared datatype is wrong size\n");
330                 return 1;
331         }
332
333         if (S_LOCK_FREE(&test_lock.lock))
334         {
335                 printf("S_LOCK_TEST: failed, lock not locked\n");
336                 return 1;
337         }
338
339         S_UNLOCK(&test_lock.lock);
340
341         if (test_lock.pad1 != 0x44 || test_lock.pad2 != 0x44)
342         {
343                 printf("S_LOCK_TEST: failed, declared datatype is wrong size\n");
344                 return 1;
345         }
346
347         if (!S_LOCK_FREE(&test_lock.lock))
348         {
349                 printf("S_LOCK_TEST: failed, lock not unlocked\n");
350                 return 1;
351         }
352
353         S_LOCK(&test_lock.lock);
354
355         if (test_lock.pad1 != 0x44 || test_lock.pad2 != 0x44)
356         {
357                 printf("S_LOCK_TEST: failed, declared datatype is wrong size\n");
358                 return 1;
359         }
360
361         if (S_LOCK_FREE(&test_lock.lock))
362         {
363                 printf("S_LOCK_TEST: failed, lock not re-locked\n");
364                 return 1;
365         }
366
367         printf("S_LOCK_TEST: this will print %d stars and then\n", NUM_DELAYS);
368         printf("             exit with a 'stuck spinlock' message\n");
369         printf("             if S_LOCK() and TAS() are working.\n");
370         fflush(stdout);
371
372         s_lock(&test_lock.lock, __FILE__, __LINE__);
373
374         printf("S_LOCK_TEST: failed, lock not locked\n");
375         return 1;
376 }
377
378 #endif                                                  /* S_LOCK_TEST */