Merge tag 'driver-core-6.9-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-block.git] / kernel / printk / printk_ringbuffer.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 #include <linux/kernel.h>
4 #include <linux/irqflags.h>
5 #include <linux/string.h>
6 #include <linux/errno.h>
7 #include <linux/bug.h>
8 #include "printk_ringbuffer.h"
9 #include "internal.h"
10
11 /**
12  * DOC: printk_ringbuffer overview
13  *
14  * Data Structure
15  * --------------
16  * The printk_ringbuffer is made up of 3 internal ringbuffers:
17  *
18  *   desc_ring
19  *     A ring of descriptors and their meta data (such as sequence number,
20  *     timestamp, loglevel, etc.) as well as internal state information about
21  *     the record and logical positions specifying where in the other
22  *     ringbuffer the text strings are located.
23  *
24  *   text_data_ring
25  *     A ring of data blocks. A data block consists of an unsigned long
26  *     integer (ID) that maps to a desc_ring index followed by the text
27  *     string of the record.
28  *
29  * The internal state information of a descriptor is the key element to allow
30  * readers and writers to locklessly synchronize access to the data.
31  *
32  * Implementation
33  * --------------
34  *
35  * Descriptor Ring
36  * ~~~~~~~~~~~~~~~
37  * The descriptor ring is an array of descriptors. A descriptor contains
38  * essential meta data to track the data of a printk record using
39  * blk_lpos structs pointing to associated text data blocks (see
40  * "Data Rings" below). Each descriptor is assigned an ID that maps
41  * directly to index values of the descriptor array and has a state. The ID
42  * and the state are bitwise combined into a single descriptor field named
43  * @state_var, allowing ID and state to be synchronously and atomically
44  * updated.
45  *
46  * Descriptors have four states:
47  *
48  *   reserved
49  *     A writer is modifying the record.
50  *
51  *   committed
52  *     The record and all its data are written. A writer can reopen the
53  *     descriptor (transitioning it back to reserved), but in the committed
54  *     state the data is consistent.
55  *
56  *   finalized
57  *     The record and all its data are complete and available for reading. A
58  *     writer cannot reopen the descriptor.
59  *
60  *   reusable
61  *     The record exists, but its text and/or meta data may no longer be
62  *     available.
63  *
64  * Querying the @state_var of a record requires providing the ID of the
65  * descriptor to query. This can yield a possible fifth (pseudo) state:
66  *
67  *   miss
68  *     The descriptor being queried has an unexpected ID.
69  *
70  * The descriptor ring has a @tail_id that contains the ID of the oldest
71  * descriptor and @head_id that contains the ID of the newest descriptor.
72  *
73  * When a new descriptor should be created (and the ring is full), the tail
74  * descriptor is invalidated by first transitioning to the reusable state and
75  * then invalidating all tail data blocks up to and including the data blocks
76  * associated with the tail descriptor (for the text ring). Then
77  * @tail_id is advanced, followed by advancing @head_id. And finally the
78  * @state_var of the new descriptor is initialized to the new ID and reserved
79  * state.
80  *
81  * The @tail_id can only be advanced if the new @tail_id would be in the
82  * committed or reusable queried state. This makes it possible that a valid
83  * sequence number of the tail is always available.
84  *
85  * Descriptor Finalization
86  * ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
87  * When a writer calls the commit function prb_commit(), record data is
88  * fully stored and is consistent within the ringbuffer. However, a writer can
89  * reopen that record, claiming exclusive access (as with prb_reserve()), and
90  * modify that record. When finished, the writer must again commit the record.
91  *
92  * In order for a record to be made available to readers (and also become
93  * recyclable for writers), it must be finalized. A finalized record cannot be
94  * reopened and can never become "unfinalized". Record finalization can occur
95  * in three different scenarios:
96  *
97  *   1) A writer can simultaneously commit and finalize its record by calling
98  *      prb_final_commit() instead of prb_commit().
99  *
100  *   2) When a new record is reserved and the previous record has been
101  *      committed via prb_commit(), that previous record is automatically
102  *      finalized.
103  *
104  *   3) When a record is committed via prb_commit() and a newer record
105  *      already exists, the record being committed is automatically finalized.
106  *
107  * Data Ring
108  * ~~~~~~~~~
109  * The text data ring is a byte array composed of data blocks. Data blocks are
110  * referenced by blk_lpos structs that point to the logical position of the
111  * beginning of a data block and the beginning of the next adjacent data
112  * block. Logical positions are mapped directly to index values of the byte
113  * array ringbuffer.
114  *
115  * Each data block consists of an ID followed by the writer data. The ID is
116  * the identifier of a descriptor that is associated with the data block. A
117  * given data block is considered valid if all of the following conditions
118  * are met:
119  *
120  *   1) The descriptor associated with the data block is in the committed
121  *      or finalized queried state.
122  *
123  *   2) The blk_lpos struct within the descriptor associated with the data
124  *      block references back to the same data block.
125  *
126  *   3) The data block is within the head/tail logical position range.
127  *
128  * If the writer data of a data block would extend beyond the end of the
129  * byte array, only the ID of the data block is stored at the logical
130  * position and the full data block (ID and writer data) is stored at the
131  * beginning of the byte array. The referencing blk_lpos will point to the
132  * ID before the wrap and the next data block will be at the logical
133  * position adjacent the full data block after the wrap.
134  *
135  * Data rings have a @tail_lpos that points to the beginning of the oldest
136  * data block and a @head_lpos that points to the logical position of the
137  * next (not yet existing) data block.
138  *
139  * When a new data block should be created (and the ring is full), tail data
140  * blocks will first be invalidated by putting their associated descriptors
141  * into the reusable state and then pushing the @tail_lpos forward beyond
142  * them. Then the @head_lpos is pushed forward and is associated with a new
143  * descriptor. If a data block is not valid, the @tail_lpos cannot be
144  * advanced beyond it.
145  *
146  * Info Array
147  * ~~~~~~~~~~
148  * The general meta data of printk records are stored in printk_info structs,
149  * stored in an array with the same number of elements as the descriptor ring.
150  * Each info corresponds to the descriptor of the same index in the
151  * descriptor ring. Info validity is confirmed by evaluating the corresponding
152  * descriptor before and after loading the info.
153  *
154  * Usage
155  * -----
156  * Here are some simple examples demonstrating writers and readers. For the
157  * examples a global ringbuffer (test_rb) is available (which is not the
158  * actual ringbuffer used by printk)::
159  *
160  *      DEFINE_PRINTKRB(test_rb, 15, 5);
161  *
162  * This ringbuffer allows up to 32768 records (2 ^ 15) and has a size of
163  * 1 MiB (2 ^ (15 + 5)) for text data.
164  *
165  * Sample writer code::
166  *
167  *      const char *textstr = "message text";
168  *      struct prb_reserved_entry e;
169  *      struct printk_record r;
170  *
171  *      // specify how much to allocate
172  *      prb_rec_init_wr(&r, strlen(textstr) + 1);
173  *
174  *      if (prb_reserve(&e, &test_rb, &r)) {
175  *              snprintf(r.text_buf, r.text_buf_size, "%s", textstr);
176  *
177  *              r.info->text_len = strlen(textstr);
178  *              r.info->ts_nsec = local_clock();
179  *              r.info->caller_id = printk_caller_id();
180  *
181  *              // commit and finalize the record
182  *              prb_final_commit(&e);
183  *      }
184  *
185  * Note that additional writer functions are available to extend a record
186  * after it has been committed but not yet finalized. This can be done as
187  * long as no new records have been reserved and the caller is the same.
188  *
189  * Sample writer code (record extending)::
190  *
191  *              // alternate rest of previous example
192  *
193  *              r.info->text_len = strlen(textstr);
194  *              r.info->ts_nsec = local_clock();
195  *              r.info->caller_id = printk_caller_id();
196  *
197  *              // commit the record (but do not finalize yet)
198  *              prb_commit(&e);
199  *      }
200  *
201  *      ...
202  *
203  *      // specify additional 5 bytes text space to extend
204  *      prb_rec_init_wr(&r, 5);
205  *
206  *      // try to extend, but only if it does not exceed 32 bytes
207  *      if (prb_reserve_in_last(&e, &test_rb, &r, printk_caller_id(), 32)) {
208  *              snprintf(&r.text_buf[r.info->text_len],
209  *                       r.text_buf_size - r.info->text_len, "hello");
210  *
211  *              r.info->text_len += 5;
212  *
213  *              // commit and finalize the record
214  *              prb_final_commit(&e);
215  *      }
216  *
217  * Sample reader code::
218  *
219  *      struct printk_info info;
220  *      struct printk_record r;
221  *      char text_buf[32];
222  *      u64 seq;
223  *
224  *      prb_rec_init_rd(&r, &info, &text_buf[0], sizeof(text_buf));
225  *
226  *      prb_for_each_record(0, &test_rb, &seq, &r) {
227  *              if (info.seq != seq)
228  *                      pr_warn("lost %llu records\n", info.seq - seq);
229  *
230  *              if (info.text_len > r.text_buf_size) {
231  *                      pr_warn("record %llu text truncated\n", info.seq);
232  *                      text_buf[r.text_buf_size - 1] = 0;
233  *              }
234  *
235  *              pr_info("%llu: %llu: %s\n", info.seq, info.ts_nsec,
236  *                      &text_buf[0]);
237  *      }
238  *
239  * Note that additional less convenient reader functions are available to
240  * allow complex record access.
241  *
242  * ABA Issues
243  * ~~~~~~~~~~
244  * To help avoid ABA issues, descriptors are referenced by IDs (array index
245  * values combined with tagged bits counting array wraps) and data blocks are
246  * referenced by logical positions (array index values combined with tagged
247  * bits counting array wraps). However, on 32-bit systems the number of
248  * tagged bits is relatively small such that an ABA incident is (at least
249  * theoretically) possible. For example, if 4 million maximally sized (1KiB)
250  * printk messages were to occur in NMI context on a 32-bit system, the
251  * interrupted context would not be able to recognize that the 32-bit integer
252  * completely wrapped and thus represents a different data block than the one
253  * the interrupted context expects.
254  *
255  * To help combat this possibility, additional state checking is performed
256  * (such as using cmpxchg() even though set() would suffice). These extra
257  * checks are commented as such and will hopefully catch any ABA issue that
258  * a 32-bit system might experience.
259  *
260  * Memory Barriers
261  * ~~~~~~~~~~~~~~~
262  * Multiple memory barriers are used. To simplify proving correctness and
263  * generating litmus tests, lines of code related to memory barriers
264  * (loads, stores, and the associated memory barriers) are labeled::
265  *
266  *      LMM(function:letter)
267  *
268  * Comments reference the labels using only the "function:letter" part.
269  *
270  * The memory barrier pairs and their ordering are:
271  *
272  *   desc_reserve:D / desc_reserve:B
273  *     push descriptor tail (id), then push descriptor head (id)
274  *
275  *   desc_reserve:D / data_push_tail:B
276  *     push data tail (lpos), then set new descriptor reserved (state)
277  *
278  *   desc_reserve:D / desc_push_tail:C
279  *     push descriptor tail (id), then set new descriptor reserved (state)
280  *
281  *   desc_reserve:D / prb_first_seq:C
282  *     push descriptor tail (id), then set new descriptor reserved (state)
283  *
284  *   desc_reserve:F / desc_read:D
285  *     set new descriptor id and reserved (state), then allow writer changes
286  *
287  *   data_alloc:A (or data_realloc:A) / desc_read:D
288  *     set old descriptor reusable (state), then modify new data block area
289  *
290  *   data_alloc:A (or data_realloc:A) / data_push_tail:B
291  *     push data tail (lpos), then modify new data block area
292  *
293  *   _prb_commit:B / desc_read:B
294  *     store writer changes, then set new descriptor committed (state)
295  *
296  *   desc_reopen_last:A / _prb_commit:B
297  *     set descriptor reserved (state), then read descriptor data
298  *
299  *   _prb_commit:B / desc_reserve:D
300  *     set new descriptor committed (state), then check descriptor head (id)
301  *
302  *   data_push_tail:D / data_push_tail:A
303  *     set descriptor reusable (state), then push data tail (lpos)
304  *
305  *   desc_push_tail:B / desc_reserve:D
306  *     set descriptor reusable (state), then push descriptor tail (id)
307  *
308  *   desc_update_last_finalized:A / desc_last_finalized_seq:A
309  *     store finalized record, then set new highest finalized sequence number
310  */
311
312 #define DATA_SIZE(data_ring)            _DATA_SIZE((data_ring)->size_bits)
313 #define DATA_SIZE_MASK(data_ring)       (DATA_SIZE(data_ring) - 1)
314
315 #define DESCS_COUNT(desc_ring)          _DESCS_COUNT((desc_ring)->count_bits)
316 #define DESCS_COUNT_MASK(desc_ring)     (DESCS_COUNT(desc_ring) - 1)
317
318 /* Determine the data array index from a logical position. */
319 #define DATA_INDEX(data_ring, lpos)     ((lpos) & DATA_SIZE_MASK(data_ring))
320
321 /* Determine the desc array index from an ID or sequence number. */
322 #define DESC_INDEX(desc_ring, n)        ((n) & DESCS_COUNT_MASK(desc_ring))
323
324 /* Determine how many times the data array has wrapped. */
325 #define DATA_WRAPS(data_ring, lpos)     ((lpos) >> (data_ring)->size_bits)
326
327 /* Determine if a logical position refers to a data-less block. */
328 #define LPOS_DATALESS(lpos)             ((lpos) & 1UL)
329 #define BLK_DATALESS(blk)               (LPOS_DATALESS((blk)->begin) && \
330                                          LPOS_DATALESS((blk)->next))
331
332 /* Get the logical position at index 0 of the current wrap. */
333 #define DATA_THIS_WRAP_START_LPOS(data_ring, lpos) \
334 ((lpos) & ~DATA_SIZE_MASK(data_ring))
335
336 /* Get the ID for the same index of the previous wrap as the given ID. */
337 #define DESC_ID_PREV_WRAP(desc_ring, id) \
338 DESC_ID((id) - DESCS_COUNT(desc_ring))
339
340 /*
341  * A data block: mapped directly to the beginning of the data block area
342  * specified as a logical position within the data ring.
343  *
344  * @id:   the ID of the associated descriptor
345  * @data: the writer data
346  *
347  * Note that the size of a data block is only known by its associated
348  * descriptor.
349  */
350 struct prb_data_block {
351         unsigned long   id;
352         char            data[];
353 };
354
355 /*
356  * Return the descriptor associated with @n. @n can be either a
357  * descriptor ID or a sequence number.
358  */
359 static struct prb_desc *to_desc(struct prb_desc_ring *desc_ring, u64 n)
360 {
361         return &desc_ring->descs[DESC_INDEX(desc_ring, n)];
362 }
363
364 /*
365  * Return the printk_info associated with @n. @n can be either a
366  * descriptor ID or a sequence number.
367  */
368 static struct printk_info *to_info(struct prb_desc_ring *desc_ring, u64 n)
369 {
370         return &desc_ring->infos[DESC_INDEX(desc_ring, n)];
371 }
372
373 static struct prb_data_block *to_block(struct prb_data_ring *data_ring,
374                                        unsigned long begin_lpos)
375 {
376         return (void *)&data_ring->data[DATA_INDEX(data_ring, begin_lpos)];
377 }
378
379 /*
380  * Increase the data size to account for data block meta data plus any
381  * padding so that the adjacent data block is aligned on the ID size.
382  */
383 static unsigned int to_blk_size(unsigned int size)
384 {
385         struct prb_data_block *db = NULL;
386
387         size += sizeof(*db);
388         size = ALIGN(size, sizeof(db->id));
389         return size;
390 }
391
392 /*
393  * Sanity checker for reserve size. The ringbuffer code assumes that a data
394  * block does not exceed the maximum possible size that could fit within the
395  * ringbuffer. This function provides that basic size check so that the
396  * assumption is safe.
397  */
398 static bool data_check_size(struct prb_data_ring *data_ring, unsigned int size)
399 {
400         struct prb_data_block *db = NULL;
401
402         if (size == 0)
403                 return true;
404
405         /*
406          * Ensure the alignment padded size could possibly fit in the data
407          * array. The largest possible data block must still leave room for
408          * at least the ID of the next block.
409          */
410         size = to_blk_size(size);
411         if (size > DATA_SIZE(data_ring) - sizeof(db->id))
412                 return false;
413
414         return true;
415 }
416
417 /* Query the state of a descriptor. */
418 static enum desc_state get_desc_state(unsigned long id,
419                                       unsigned long state_val)
420 {
421         if (id != DESC_ID(state_val))
422                 return desc_miss;
423
424         return DESC_STATE(state_val);
425 }
426
427 /*
428  * Get a copy of a specified descriptor and return its queried state. If the
429  * descriptor is in an inconsistent state (miss or reserved), the caller can
430  * only expect the descriptor's @state_var field to be valid.
431  *
432  * The sequence number and caller_id can be optionally retrieved. Like all
433  * non-state_var data, they are only valid if the descriptor is in a
434  * consistent state.
435  */
436 static enum desc_state desc_read(struct prb_desc_ring *desc_ring,
437                                  unsigned long id, struct prb_desc *desc_out,
438                                  u64 *seq_out, u32 *caller_id_out)
439 {
440         struct printk_info *info = to_info(desc_ring, id);
441         struct prb_desc *desc = to_desc(desc_ring, id);
442         atomic_long_t *state_var = &desc->state_var;
443         enum desc_state d_state;
444         unsigned long state_val;
445
446         /* Check the descriptor state. */
447         state_val = atomic_long_read(state_var); /* LMM(desc_read:A) */
448         d_state = get_desc_state(id, state_val);
449         if (d_state == desc_miss || d_state == desc_reserved) {
450                 /*
451                  * The descriptor is in an inconsistent state. Set at least
452                  * @state_var so that the caller can see the details of
453                  * the inconsistent state.
454                  */
455                 goto out;
456         }
457
458         /*
459          * Guarantee the state is loaded before copying the descriptor
460          * content. This avoids copying obsolete descriptor content that might
461          * not apply to the descriptor state. This pairs with _prb_commit:B.
462          *
463          * Memory barrier involvement:
464          *
465          * If desc_read:A reads from _prb_commit:B, then desc_read:C reads
466          * from _prb_commit:A.
467          *
468          * Relies on:
469          *
470          * WMB from _prb_commit:A to _prb_commit:B
471          *    matching
472          * RMB from desc_read:A to desc_read:C
473          */
474         smp_rmb(); /* LMM(desc_read:B) */
475
476         /*
477          * Copy the descriptor data. The data is not valid until the
478          * state has been re-checked. A memcpy() for all of @desc
479          * cannot be used because of the atomic_t @state_var field.
480          */
481         if (desc_out) {
482                 memcpy(&desc_out->text_blk_lpos, &desc->text_blk_lpos,
483                        sizeof(desc_out->text_blk_lpos)); /* LMM(desc_read:C) */
484         }
485         if (seq_out)
486                 *seq_out = info->seq; /* also part of desc_read:C */
487         if (caller_id_out)
488                 *caller_id_out = info->caller_id; /* also part of desc_read:C */
489
490         /*
491          * 1. Guarantee the descriptor content is loaded before re-checking
492          *    the state. This avoids reading an obsolete descriptor state
493          *    that may not apply to the copied content. This pairs with
494          *    desc_reserve:F.
495          *
496          *    Memory barrier involvement:
497          *
498          *    If desc_read:C reads from desc_reserve:G, then desc_read:E
499          *    reads from desc_reserve:F.
500          *
501          *    Relies on:
502          *
503          *    WMB from desc_reserve:F to desc_reserve:G
504          *       matching
505          *    RMB from desc_read:C to desc_read:E
506          *
507          * 2. Guarantee the record data is loaded before re-checking the
508          *    state. This avoids reading an obsolete descriptor state that may
509          *    not apply to the copied data. This pairs with data_alloc:A and
510          *    data_realloc:A.
511          *
512          *    Memory barrier involvement:
513          *
514          *    If copy_data:A reads from data_alloc:B, then desc_read:E
515          *    reads from desc_make_reusable:A.
516          *
517          *    Relies on:
518          *
519          *    MB from desc_make_reusable:A to data_alloc:B
520          *       matching
521          *    RMB from desc_read:C to desc_read:E
522          *
523          *    Note: desc_make_reusable:A and data_alloc:B can be different
524          *          CPUs. However, the data_alloc:B CPU (which performs the
525          *          full memory barrier) must have previously seen
526          *          desc_make_reusable:A.
527          */
528         smp_rmb(); /* LMM(desc_read:D) */
529
530         /*
531          * The data has been copied. Return the current descriptor state,
532          * which may have changed since the load above.
533          */
534         state_val = atomic_long_read(state_var); /* LMM(desc_read:E) */
535         d_state = get_desc_state(id, state_val);
536 out:
537         if (desc_out)
538                 atomic_long_set(&desc_out->state_var, state_val);
539         return d_state;
540 }
541
542 /*
543  * Take a specified descriptor out of the finalized state by attempting
544  * the transition from finalized to reusable. Either this context or some
545  * other context will have been successful.
546  */
547 static void desc_make_reusable(struct prb_desc_ring *desc_ring,
548                                unsigned long id)
549 {
550         unsigned long val_finalized = DESC_SV(id, desc_finalized);
551         unsigned long val_reusable = DESC_SV(id, desc_reusable);
552         struct prb_desc *desc = to_desc(desc_ring, id);
553         atomic_long_t *state_var = &desc->state_var;
554
555         atomic_long_cmpxchg_relaxed(state_var, val_finalized,
556                                     val_reusable); /* LMM(desc_make_reusable:A) */
557 }
558
559 /*
560  * Given the text data ring, put the associated descriptor of each
561  * data block from @lpos_begin until @lpos_end into the reusable state.
562  *
563  * If there is any problem making the associated descriptor reusable, either
564  * the descriptor has not yet been finalized or another writer context has
565  * already pushed the tail lpos past the problematic data block. Regardless,
566  * on error the caller can re-load the tail lpos to determine the situation.
567  */
568 static bool data_make_reusable(struct printk_ringbuffer *rb,
569                                unsigned long lpos_begin,
570                                unsigned long lpos_end,
571                                unsigned long *lpos_out)
572 {
573
574         struct prb_data_ring *data_ring = &rb->text_data_ring;
575         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
576         struct prb_data_block *blk;
577         enum desc_state d_state;
578         struct prb_desc desc;
579         struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos = &desc.text_blk_lpos;
580         unsigned long id;
581
582         /* Loop until @lpos_begin has advanced to or beyond @lpos_end. */
583         while ((lpos_end - lpos_begin) - 1 < DATA_SIZE(data_ring)) {
584                 blk = to_block(data_ring, lpos_begin);
585
586                 /*
587                  * Load the block ID from the data block. This is a data race
588                  * against a writer that may have newly reserved this data
589                  * area. If the loaded value matches a valid descriptor ID,
590                  * the blk_lpos of that descriptor will be checked to make
591                  * sure it points back to this data block. If the check fails,
592                  * the data area has been recycled by another writer.
593                  */
594                 id = blk->id; /* LMM(data_make_reusable:A) */
595
596                 d_state = desc_read(desc_ring, id, &desc,
597                                     NULL, NULL); /* LMM(data_make_reusable:B) */
598
599                 switch (d_state) {
600                 case desc_miss:
601                 case desc_reserved:
602                 case desc_committed:
603                         return false;
604                 case desc_finalized:
605                         /*
606                          * This data block is invalid if the descriptor
607                          * does not point back to it.
608                          */
609                         if (blk_lpos->begin != lpos_begin)
610                                 return false;
611                         desc_make_reusable(desc_ring, id);
612                         break;
613                 case desc_reusable:
614                         /*
615                          * This data block is invalid if the descriptor
616                          * does not point back to it.
617                          */
618                         if (blk_lpos->begin != lpos_begin)
619                                 return false;
620                         break;
621                 }
622
623                 /* Advance @lpos_begin to the next data block. */
624                 lpos_begin = blk_lpos->next;
625         }
626
627         *lpos_out = lpos_begin;
628         return true;
629 }
630
631 /*
632  * Advance the data ring tail to at least @lpos. This function puts
633  * descriptors into the reusable state if the tail is pushed beyond
634  * their associated data block.
635  */
636 static bool data_push_tail(struct printk_ringbuffer *rb, unsigned long lpos)
637 {
638         struct prb_data_ring *data_ring = &rb->text_data_ring;
639         unsigned long tail_lpos_new;
640         unsigned long tail_lpos;
641         unsigned long next_lpos;
642
643         /* If @lpos is from a data-less block, there is nothing to do. */
644         if (LPOS_DATALESS(lpos))
645                 return true;
646
647         /*
648          * Any descriptor states that have transitioned to reusable due to the
649          * data tail being pushed to this loaded value will be visible to this
650          * CPU. This pairs with data_push_tail:D.
651          *
652          * Memory barrier involvement:
653          *
654          * If data_push_tail:A reads from data_push_tail:D, then this CPU can
655          * see desc_make_reusable:A.
656          *
657          * Relies on:
658          *
659          * MB from desc_make_reusable:A to data_push_tail:D
660          *    matches
661          * READFROM from data_push_tail:D to data_push_tail:A
662          *    thus
663          * READFROM from desc_make_reusable:A to this CPU
664          */
665         tail_lpos = atomic_long_read(&data_ring->tail_lpos); /* LMM(data_push_tail:A) */
666
667         /*
668          * Loop until the tail lpos is at or beyond @lpos. This condition
669          * may already be satisfied, resulting in no full memory barrier
670          * from data_push_tail:D being performed. However, since this CPU
671          * sees the new tail lpos, any descriptor states that transitioned to
672          * the reusable state must already be visible.
673          */
674         while ((lpos - tail_lpos) - 1 < DATA_SIZE(data_ring)) {
675                 /*
676                  * Make all descriptors reusable that are associated with
677                  * data blocks before @lpos.
678                  */
679                 if (!data_make_reusable(rb, tail_lpos, lpos, &next_lpos)) {
680                         /*
681                          * 1. Guarantee the block ID loaded in
682                          *    data_make_reusable() is performed before
683                          *    reloading the tail lpos. The failed
684                          *    data_make_reusable() may be due to a newly
685                          *    recycled data area causing the tail lpos to
686                          *    have been previously pushed. This pairs with
687                          *    data_alloc:A and data_realloc:A.
688                          *
689                          *    Memory barrier involvement:
690                          *
691                          *    If data_make_reusable:A reads from data_alloc:B,
692                          *    then data_push_tail:C reads from
693                          *    data_push_tail:D.
694                          *
695                          *    Relies on:
696                          *
697                          *    MB from data_push_tail:D to data_alloc:B
698                          *       matching
699                          *    RMB from data_make_reusable:A to
700                          *    data_push_tail:C
701                          *
702                          *    Note: data_push_tail:D and data_alloc:B can be
703                          *          different CPUs. However, the data_alloc:B
704                          *          CPU (which performs the full memory
705                          *          barrier) must have previously seen
706                          *          data_push_tail:D.
707                          *
708                          * 2. Guarantee the descriptor state loaded in
709                          *    data_make_reusable() is performed before
710                          *    reloading the tail lpos. The failed
711                          *    data_make_reusable() may be due to a newly
712                          *    recycled descriptor causing the tail lpos to
713                          *    have been previously pushed. This pairs with
714                          *    desc_reserve:D.
715                          *
716                          *    Memory barrier involvement:
717                          *
718                          *    If data_make_reusable:B reads from
719                          *    desc_reserve:F, then data_push_tail:C reads
720                          *    from data_push_tail:D.
721                          *
722                          *    Relies on:
723                          *
724                          *    MB from data_push_tail:D to desc_reserve:F
725                          *       matching
726                          *    RMB from data_make_reusable:B to
727                          *    data_push_tail:C
728                          *
729                          *    Note: data_push_tail:D and desc_reserve:F can
730                          *          be different CPUs. However, the
731                          *          desc_reserve:F CPU (which performs the
732                          *          full memory barrier) must have previously
733                          *          seen data_push_tail:D.
734                          */
735                         smp_rmb(); /* LMM(data_push_tail:B) */
736
737                         tail_lpos_new = atomic_long_read(&data_ring->tail_lpos
738                                                         ); /* LMM(data_push_tail:C) */
739                         if (tail_lpos_new == tail_lpos)
740                                 return false;
741
742                         /* Another CPU pushed the tail. Try again. */
743                         tail_lpos = tail_lpos_new;
744                         continue;
745                 }
746
747                 /*
748                  * Guarantee any descriptor states that have transitioned to
749                  * reusable are stored before pushing the tail lpos. A full
750                  * memory barrier is needed since other CPUs may have made
751                  * the descriptor states reusable. This pairs with
752                  * data_push_tail:A.
753                  */
754                 if (atomic_long_try_cmpxchg(&data_ring->tail_lpos, &tail_lpos,
755                                             next_lpos)) { /* LMM(data_push_tail:D) */
756                         break;
757                 }
758         }
759
760         return true;
761 }
762
763 /*
764  * Advance the desc ring tail. This function advances the tail by one
765  * descriptor, thus invalidating the oldest descriptor. Before advancing
766  * the tail, the tail descriptor is made reusable and all data blocks up to
767  * and including the descriptor's data block are invalidated (i.e. the data
768  * ring tail is pushed past the data block of the descriptor being made
769  * reusable).
770  */
771 static bool desc_push_tail(struct printk_ringbuffer *rb,
772                            unsigned long tail_id)
773 {
774         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
775         enum desc_state d_state;
776         struct prb_desc desc;
777
778         d_state = desc_read(desc_ring, tail_id, &desc, NULL, NULL);
779
780         switch (d_state) {
781         case desc_miss:
782                 /*
783                  * If the ID is exactly 1 wrap behind the expected, it is
784                  * in the process of being reserved by another writer and
785                  * must be considered reserved.
786                  */
787                 if (DESC_ID(atomic_long_read(&desc.state_var)) ==
788                     DESC_ID_PREV_WRAP(desc_ring, tail_id)) {
789                         return false;
790                 }
791
792                 /*
793                  * The ID has changed. Another writer must have pushed the
794                  * tail and recycled the descriptor already. Success is
795                  * returned because the caller is only interested in the
796                  * specified tail being pushed, which it was.
797                  */
798                 return true;
799         case desc_reserved:
800         case desc_committed:
801                 return false;
802         case desc_finalized:
803                 desc_make_reusable(desc_ring, tail_id);
804                 break;
805         case desc_reusable:
806                 break;
807         }
808
809         /*
810          * Data blocks must be invalidated before their associated
811          * descriptor can be made available for recycling. Invalidating
812          * them later is not possible because there is no way to trust
813          * data blocks once their associated descriptor is gone.
814          */
815
816         if (!data_push_tail(rb, desc.text_blk_lpos.next))
817                 return false;
818
819         /*
820          * Check the next descriptor after @tail_id before pushing the tail
821          * to it because the tail must always be in a finalized or reusable
822          * state. The implementation of prb_first_seq() relies on this.
823          *
824          * A successful read implies that the next descriptor is less than or
825          * equal to @head_id so there is no risk of pushing the tail past the
826          * head.
827          */
828         d_state = desc_read(desc_ring, DESC_ID(tail_id + 1), &desc,
829                             NULL, NULL); /* LMM(desc_push_tail:A) */
830
831         if (d_state == desc_finalized || d_state == desc_reusable) {
832                 /*
833                  * Guarantee any descriptor states that have transitioned to
834                  * reusable are stored before pushing the tail ID. This allows
835                  * verifying the recycled descriptor state. A full memory
836                  * barrier is needed since other CPUs may have made the
837                  * descriptor states reusable. This pairs with desc_reserve:D.
838                  */
839                 atomic_long_cmpxchg(&desc_ring->tail_id, tail_id,
840                                     DESC_ID(tail_id + 1)); /* LMM(desc_push_tail:B) */
841         } else {
842                 /*
843                  * Guarantee the last state load from desc_read() is before
844                  * reloading @tail_id in order to see a new tail ID in the
845                  * case that the descriptor has been recycled. This pairs
846                  * with desc_reserve:D.
847                  *
848                  * Memory barrier involvement:
849                  *
850                  * If desc_push_tail:A reads from desc_reserve:F, then
851                  * desc_push_tail:D reads from desc_push_tail:B.
852                  *
853                  * Relies on:
854                  *
855                  * MB from desc_push_tail:B to desc_reserve:F
856                  *    matching
857                  * RMB from desc_push_tail:A to desc_push_tail:D
858                  *
859                  * Note: desc_push_tail:B and desc_reserve:F can be different
860                  *       CPUs. However, the desc_reserve:F CPU (which performs
861                  *       the full memory barrier) must have previously seen
862                  *       desc_push_tail:B.
863                  */
864                 smp_rmb(); /* LMM(desc_push_tail:C) */
865
866                 /*
867                  * Re-check the tail ID. The descriptor following @tail_id is
868                  * not in an allowed tail state. But if the tail has since
869                  * been moved by another CPU, then it does not matter.
870                  */
871                 if (atomic_long_read(&desc_ring->tail_id) == tail_id) /* LMM(desc_push_tail:D) */
872                         return false;
873         }
874
875         return true;
876 }
877
878 /* Reserve a new descriptor, invalidating the oldest if necessary. */
879 static bool desc_reserve(struct printk_ringbuffer *rb, unsigned long *id_out)
880 {
881         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
882         unsigned long prev_state_val;
883         unsigned long id_prev_wrap;
884         struct prb_desc *desc;
885         unsigned long head_id;
886         unsigned long id;
887
888         head_id = atomic_long_read(&desc_ring->head_id); /* LMM(desc_reserve:A) */
889
890         do {
891                 id = DESC_ID(head_id + 1);
892                 id_prev_wrap = DESC_ID_PREV_WRAP(desc_ring, id);
893
894                 /*
895                  * Guarantee the head ID is read before reading the tail ID.
896                  * Since the tail ID is updated before the head ID, this
897                  * guarantees that @id_prev_wrap is never ahead of the tail
898                  * ID. This pairs with desc_reserve:D.
899                  *
900                  * Memory barrier involvement:
901                  *
902                  * If desc_reserve:A reads from desc_reserve:D, then
903                  * desc_reserve:C reads from desc_push_tail:B.
904                  *
905                  * Relies on:
906                  *
907                  * MB from desc_push_tail:B to desc_reserve:D
908                  *    matching
909                  * RMB from desc_reserve:A to desc_reserve:C
910                  *
911                  * Note: desc_push_tail:B and desc_reserve:D can be different
912                  *       CPUs. However, the desc_reserve:D CPU (which performs
913                  *       the full memory barrier) must have previously seen
914                  *       desc_push_tail:B.
915                  */
916                 smp_rmb(); /* LMM(desc_reserve:B) */
917
918                 if (id_prev_wrap == atomic_long_read(&desc_ring->tail_id
919                                                     )) { /* LMM(desc_reserve:C) */
920                         /*
921                          * Make space for the new descriptor by
922                          * advancing the tail.
923                          */
924                         if (!desc_push_tail(rb, id_prev_wrap))
925                                 return false;
926                 }
927
928                 /*
929                  * 1. Guarantee the tail ID is read before validating the
930                  *    recycled descriptor state. A read memory barrier is
931                  *    sufficient for this. This pairs with desc_push_tail:B.
932                  *
933                  *    Memory barrier involvement:
934                  *
935                  *    If desc_reserve:C reads from desc_push_tail:B, then
936                  *    desc_reserve:E reads from desc_make_reusable:A.
937                  *
938                  *    Relies on:
939                  *
940                  *    MB from desc_make_reusable:A to desc_push_tail:B
941                  *       matching
942                  *    RMB from desc_reserve:C to desc_reserve:E
943                  *
944                  *    Note: desc_make_reusable:A and desc_push_tail:B can be
945                  *          different CPUs. However, the desc_push_tail:B CPU
946                  *          (which performs the full memory barrier) must have
947                  *          previously seen desc_make_reusable:A.
948                  *
949                  * 2. Guarantee the tail ID is stored before storing the head
950                  *    ID. This pairs with desc_reserve:B.
951                  *
952                  * 3. Guarantee any data ring tail changes are stored before
953                  *    recycling the descriptor. Data ring tail changes can
954                  *    happen via desc_push_tail()->data_push_tail(). A full
955                  *    memory barrier is needed since another CPU may have
956                  *    pushed the data ring tails. This pairs with
957                  *    data_push_tail:B.
958                  *
959                  * 4. Guarantee a new tail ID is stored before recycling the
960                  *    descriptor. A full memory barrier is needed since
961                  *    another CPU may have pushed the tail ID. This pairs
962                  *    with desc_push_tail:C and this also pairs with
963                  *    prb_first_seq:C.
964                  *
965                  * 5. Guarantee the head ID is stored before trying to
966                  *    finalize the previous descriptor. This pairs with
967                  *    _prb_commit:B.
968                  */
969         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(&desc_ring->head_id, &head_id,
970                                           id)); /* LMM(desc_reserve:D) */
971
972         desc = to_desc(desc_ring, id);
973
974         /*
975          * If the descriptor has been recycled, verify the old state val.
976          * See "ABA Issues" about why this verification is performed.
977          */
978         prev_state_val = atomic_long_read(&desc->state_var); /* LMM(desc_reserve:E) */
979         if (prev_state_val &&
980             get_desc_state(id_prev_wrap, prev_state_val) != desc_reusable) {
981                 WARN_ON_ONCE(1);
982                 return false;
983         }
984
985         /*
986          * Assign the descriptor a new ID and set its state to reserved.
987          * See "ABA Issues" about why cmpxchg() instead of set() is used.
988          *
989          * Guarantee the new descriptor ID and state is stored before making
990          * any other changes. A write memory barrier is sufficient for this.
991          * This pairs with desc_read:D.
992          */
993         if (!atomic_long_try_cmpxchg(&desc->state_var, &prev_state_val,
994                         DESC_SV(id, desc_reserved))) { /* LMM(desc_reserve:F) */
995                 WARN_ON_ONCE(1);
996                 return false;
997         }
998
999         /* Now data in @desc can be modified: LMM(desc_reserve:G) */
1000
1001         *id_out = id;
1002         return true;
1003 }
1004
1005 /* Determine the end of a data block. */
1006 static unsigned long get_next_lpos(struct prb_data_ring *data_ring,
1007                                    unsigned long lpos, unsigned int size)
1008 {
1009         unsigned long begin_lpos;
1010         unsigned long next_lpos;
1011
1012         begin_lpos = lpos;
1013         next_lpos = lpos + size;
1014
1015         /* First check if the data block does not wrap. */
1016         if (DATA_WRAPS(data_ring, begin_lpos) == DATA_WRAPS(data_ring, next_lpos))
1017                 return next_lpos;
1018
1019         /* Wrapping data blocks store their data at the beginning. */
1020         return (DATA_THIS_WRAP_START_LPOS(data_ring, next_lpos) + size);
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Allocate a new data block, invalidating the oldest data block(s)
1025  * if necessary. This function also associates the data block with
1026  * a specified descriptor.
1027  */
1028 static char *data_alloc(struct printk_ringbuffer *rb, unsigned int size,
1029                         struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos, unsigned long id)
1030 {
1031         struct prb_data_ring *data_ring = &rb->text_data_ring;
1032         struct prb_data_block *blk;
1033         unsigned long begin_lpos;
1034         unsigned long next_lpos;
1035
1036         if (size == 0) {
1037                 /*
1038                  * Data blocks are not created for empty lines. Instead, the
1039                  * reader will recognize these special lpos values and handle
1040                  * it appropriately.
1041                  */
1042                 blk_lpos->begin = EMPTY_LINE_LPOS;
1043                 blk_lpos->next = EMPTY_LINE_LPOS;
1044                 return NULL;
1045         }
1046
1047         size = to_blk_size(size);
1048
1049         begin_lpos = atomic_long_read(&data_ring->head_lpos);
1050
1051         do {
1052                 next_lpos = get_next_lpos(data_ring, begin_lpos, size);
1053
1054                 if (!data_push_tail(rb, next_lpos - DATA_SIZE(data_ring))) {
1055                         /* Failed to allocate, specify a data-less block. */
1056                         blk_lpos->begin = FAILED_LPOS;
1057                         blk_lpos->next = FAILED_LPOS;
1058                         return NULL;
1059                 }
1060
1061                 /*
1062                  * 1. Guarantee any descriptor states that have transitioned
1063                  *    to reusable are stored before modifying the newly
1064                  *    allocated data area. A full memory barrier is needed
1065                  *    since other CPUs may have made the descriptor states
1066                  *    reusable. See data_push_tail:A about why the reusable
1067                  *    states are visible. This pairs with desc_read:D.
1068                  *
1069                  * 2. Guarantee any updated tail lpos is stored before
1070                  *    modifying the newly allocated data area. Another CPU may
1071                  *    be in data_make_reusable() and is reading a block ID
1072                  *    from this area. data_make_reusable() can handle reading
1073                  *    a garbage block ID value, but then it must be able to
1074                  *    load a new tail lpos. A full memory barrier is needed
1075                  *    since other CPUs may have updated the tail lpos. This
1076                  *    pairs with data_push_tail:B.
1077                  */
1078         } while (!atomic_long_try_cmpxchg(&data_ring->head_lpos, &begin_lpos,
1079                                           next_lpos)); /* LMM(data_alloc:A) */
1080
1081         blk = to_block(data_ring, begin_lpos);
1082         blk->id = id; /* LMM(data_alloc:B) */
1083
1084         if (DATA_WRAPS(data_ring, begin_lpos) != DATA_WRAPS(data_ring, next_lpos)) {
1085                 /* Wrapping data blocks store their data at the beginning. */
1086                 blk = to_block(data_ring, 0);
1087
1088                 /*
1089                  * Store the ID on the wrapped block for consistency.
1090                  * The printk_ringbuffer does not actually use it.
1091                  */
1092                 blk->id = id;
1093         }
1094
1095         blk_lpos->begin = begin_lpos;
1096         blk_lpos->next = next_lpos;
1097
1098         return &blk->data[0];
1099 }
1100
1101 /*
1102  * Try to resize an existing data block associated with the descriptor
1103  * specified by @id. If the resized data block should become wrapped, it
1104  * copies the old data to the new data block. If @size yields a data block
1105  * with the same or less size, the data block is left as is.
1106  *
1107  * Fail if this is not the last allocated data block or if there is not
1108  * enough space or it is not possible make enough space.
1109  *
1110  * Return a pointer to the beginning of the entire data buffer or NULL on
1111  * failure.
1112  */
1113 static char *data_realloc(struct printk_ringbuffer *rb, unsigned int size,
1114                           struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos, unsigned long id)
1115 {
1116         struct prb_data_ring *data_ring = &rb->text_data_ring;
1117         struct prb_data_block *blk;
1118         unsigned long head_lpos;
1119         unsigned long next_lpos;
1120         bool wrapped;
1121
1122         /* Reallocation only works if @blk_lpos is the newest data block. */
1123         head_lpos = atomic_long_read(&data_ring->head_lpos);
1124         if (head_lpos != blk_lpos->next)
1125                 return NULL;
1126
1127         /* Keep track if @blk_lpos was a wrapping data block. */
1128         wrapped = (DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->begin) != DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->next));
1129
1130         size = to_blk_size(size);
1131
1132         next_lpos = get_next_lpos(data_ring, blk_lpos->begin, size);
1133
1134         /* If the data block does not increase, there is nothing to do. */
1135         if (head_lpos - next_lpos < DATA_SIZE(data_ring)) {
1136                 if (wrapped)
1137                         blk = to_block(data_ring, 0);
1138                 else
1139                         blk = to_block(data_ring, blk_lpos->begin);
1140                 return &blk->data[0];
1141         }
1142
1143         if (!data_push_tail(rb, next_lpos - DATA_SIZE(data_ring)))
1144                 return NULL;
1145
1146         /* The memory barrier involvement is the same as data_alloc:A. */
1147         if (!atomic_long_try_cmpxchg(&data_ring->head_lpos, &head_lpos,
1148                                      next_lpos)) { /* LMM(data_realloc:A) */
1149                 return NULL;
1150         }
1151
1152         blk = to_block(data_ring, blk_lpos->begin);
1153
1154         if (DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->begin) != DATA_WRAPS(data_ring, next_lpos)) {
1155                 struct prb_data_block *old_blk = blk;
1156
1157                 /* Wrapping data blocks store their data at the beginning. */
1158                 blk = to_block(data_ring, 0);
1159
1160                 /*
1161                  * Store the ID on the wrapped block for consistency.
1162                  * The printk_ringbuffer does not actually use it.
1163                  */
1164                 blk->id = id;
1165
1166                 if (!wrapped) {
1167                         /*
1168                          * Since the allocated space is now in the newly
1169                          * created wrapping data block, copy the content
1170                          * from the old data block.
1171                          */
1172                         memcpy(&blk->data[0], &old_blk->data[0],
1173                                (blk_lpos->next - blk_lpos->begin) - sizeof(blk->id));
1174                 }
1175         }
1176
1177         blk_lpos->next = next_lpos;
1178
1179         return &blk->data[0];
1180 }
1181
1182 /* Return the number of bytes used by a data block. */
1183 static unsigned int space_used(struct prb_data_ring *data_ring,
1184                                struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos)
1185 {
1186         /* Data-less blocks take no space. */
1187         if (BLK_DATALESS(blk_lpos))
1188                 return 0;
1189
1190         if (DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->begin) == DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->next)) {
1191                 /* Data block does not wrap. */
1192                 return (DATA_INDEX(data_ring, blk_lpos->next) -
1193                         DATA_INDEX(data_ring, blk_lpos->begin));
1194         }
1195
1196         /*
1197          * For wrapping data blocks, the trailing (wasted) space is
1198          * also counted.
1199          */
1200         return (DATA_INDEX(data_ring, blk_lpos->next) +
1201                 DATA_SIZE(data_ring) - DATA_INDEX(data_ring, blk_lpos->begin));
1202 }
1203
1204 /*
1205  * Given @blk_lpos, return a pointer to the writer data from the data block
1206  * and calculate the size of the data part. A NULL pointer is returned if
1207  * @blk_lpos specifies values that could never be legal.
1208  *
1209  * This function (used by readers) performs strict validation on the lpos
1210  * values to possibly detect bugs in the writer code. A WARN_ON_ONCE() is
1211  * triggered if an internal error is detected.
1212  */
1213 static const char *get_data(struct prb_data_ring *data_ring,
1214                             struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos,
1215                             unsigned int *data_size)
1216 {
1217         struct prb_data_block *db;
1218
1219         /* Data-less data block description. */
1220         if (BLK_DATALESS(blk_lpos)) {
1221                 /*
1222                  * Records that are just empty lines are also valid, even
1223                  * though they do not have a data block. For such records
1224                  * explicitly return empty string data to signify success.
1225                  */
1226                 if (blk_lpos->begin == EMPTY_LINE_LPOS &&
1227                     blk_lpos->next == EMPTY_LINE_LPOS) {
1228                         *data_size = 0;
1229                         return "";
1230                 }
1231
1232                 /* Data lost, invalid, or otherwise unavailable. */
1233                 return NULL;
1234         }
1235
1236         /* Regular data block: @begin less than @next and in same wrap. */
1237         if (DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->begin) == DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->next) &&
1238             blk_lpos->begin < blk_lpos->next) {
1239                 db = to_block(data_ring, blk_lpos->begin);
1240                 *data_size = blk_lpos->next - blk_lpos->begin;
1241
1242         /* Wrapping data block: @begin is one wrap behind @next. */
1243         } else if (DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->begin + DATA_SIZE(data_ring)) ==
1244                    DATA_WRAPS(data_ring, blk_lpos->next)) {
1245                 db = to_block(data_ring, 0);
1246                 *data_size = DATA_INDEX(data_ring, blk_lpos->next);
1247
1248         /* Illegal block description. */
1249         } else {
1250                 WARN_ON_ONCE(1);
1251                 return NULL;
1252         }
1253
1254         /* A valid data block will always be aligned to the ID size. */
1255         if (WARN_ON_ONCE(blk_lpos->begin != ALIGN(blk_lpos->begin, sizeof(db->id))) ||
1256             WARN_ON_ONCE(blk_lpos->next != ALIGN(blk_lpos->next, sizeof(db->id)))) {
1257                 return NULL;
1258         }
1259
1260         /* A valid data block will always have at least an ID. */
1261         if (WARN_ON_ONCE(*data_size < sizeof(db->id)))
1262                 return NULL;
1263
1264         /* Subtract block ID space from size to reflect data size. */
1265         *data_size -= sizeof(db->id);
1266
1267         return &db->data[0];
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Attempt to transition the newest descriptor from committed back to reserved
1272  * so that the record can be modified by a writer again. This is only possible
1273  * if the descriptor is not yet finalized and the provided @caller_id matches.
1274  */
1275 static struct prb_desc *desc_reopen_last(struct prb_desc_ring *desc_ring,
1276                                          u32 caller_id, unsigned long *id_out)
1277 {
1278         unsigned long prev_state_val;
1279         enum desc_state d_state;
1280         struct prb_desc desc;
1281         struct prb_desc *d;
1282         unsigned long id;
1283         u32 cid;
1284
1285         id = atomic_long_read(&desc_ring->head_id);
1286
1287         /*
1288          * To reduce unnecessarily reopening, first check if the descriptor
1289          * state and caller ID are correct.
1290          */
1291         d_state = desc_read(desc_ring, id, &desc, NULL, &cid);
1292         if (d_state != desc_committed || cid != caller_id)
1293                 return NULL;
1294
1295         d = to_desc(desc_ring, id);
1296
1297         prev_state_val = DESC_SV(id, desc_committed);
1298
1299         /*
1300          * Guarantee the reserved state is stored before reading any
1301          * record data. A full memory barrier is needed because @state_var
1302          * modification is followed by reading. This pairs with _prb_commit:B.
1303          *
1304          * Memory barrier involvement:
1305          *
1306          * If desc_reopen_last:A reads from _prb_commit:B, then
1307          * prb_reserve_in_last:A reads from _prb_commit:A.
1308          *
1309          * Relies on:
1310          *
1311          * WMB from _prb_commit:A to _prb_commit:B
1312          *    matching
1313          * MB If desc_reopen_last:A to prb_reserve_in_last:A
1314          */
1315         if (!atomic_long_try_cmpxchg(&d->state_var, &prev_state_val,
1316                         DESC_SV(id, desc_reserved))) { /* LMM(desc_reopen_last:A) */
1317                 return NULL;
1318         }
1319
1320         *id_out = id;
1321         return d;
1322 }
1323
1324 /**
1325  * prb_reserve_in_last() - Re-reserve and extend the space in the ringbuffer
1326  *                         used by the newest record.
1327  *
1328  * @e:         The entry structure to setup.
1329  * @rb:        The ringbuffer to re-reserve and extend data in.
1330  * @r:         The record structure to allocate buffers for.
1331  * @caller_id: The caller ID of the caller (reserving writer).
1332  * @max_size:  Fail if the extended size would be greater than this.
1333  *
1334  * This is the public function available to writers to re-reserve and extend
1335  * data.
1336  *
1337  * The writer specifies the text size to extend (not the new total size) by
1338  * setting the @text_buf_size field of @r. To ensure proper initialization
1339  * of @r, prb_rec_init_wr() should be used.
1340  *
1341  * This function will fail if @caller_id does not match the caller ID of the
1342  * newest record. In that case the caller must reserve new data using
1343  * prb_reserve().
1344  *
1345  * Context: Any context. Disables local interrupts on success.
1346  * Return: true if text data could be extended, otherwise false.
1347  *
1348  * On success:
1349  *
1350  *   - @r->text_buf points to the beginning of the entire text buffer.
1351  *
1352  *   - @r->text_buf_size is set to the new total size of the buffer.
1353  *
1354  *   - @r->info is not touched so that @r->info->text_len could be used
1355  *     to append the text.
1356  *
1357  *   - prb_record_text_space() can be used on @e to query the new
1358  *     actually used space.
1359  *
1360  * Important: All @r->info fields will already be set with the current values
1361  *            for the record. I.e. @r->info->text_len will be less than
1362  *            @text_buf_size. Writers can use @r->info->text_len to know
1363  *            where concatenation begins and writers should update
1364  *            @r->info->text_len after concatenating.
1365  */
1366 bool prb_reserve_in_last(struct prb_reserved_entry *e, struct printk_ringbuffer *rb,
1367                          struct printk_record *r, u32 caller_id, unsigned int max_size)
1368 {
1369         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1370         struct printk_info *info;
1371         unsigned int data_size;
1372         struct prb_desc *d;
1373         unsigned long id;
1374
1375         local_irq_save(e->irqflags);
1376
1377         /* Transition the newest descriptor back to the reserved state. */
1378         d = desc_reopen_last(desc_ring, caller_id, &id);
1379         if (!d) {
1380                 local_irq_restore(e->irqflags);
1381                 goto fail_reopen;
1382         }
1383
1384         /* Now the writer has exclusive access: LMM(prb_reserve_in_last:A) */
1385
1386         info = to_info(desc_ring, id);
1387
1388         /*
1389          * Set the @e fields here so that prb_commit() can be used if
1390          * anything fails from now on.
1391          */
1392         e->rb = rb;
1393         e->id = id;
1394
1395         /*
1396          * desc_reopen_last() checked the caller_id, but there was no
1397          * exclusive access at that point. The descriptor may have
1398          * changed since then.
1399          */
1400         if (caller_id != info->caller_id)
1401                 goto fail;
1402
1403         if (BLK_DATALESS(&d->text_blk_lpos)) {
1404                 if (WARN_ON_ONCE(info->text_len != 0)) {
1405                         pr_warn_once("wrong text_len value (%hu, expecting 0)\n",
1406                                      info->text_len);
1407                         info->text_len = 0;
1408                 }
1409
1410                 if (!data_check_size(&rb->text_data_ring, r->text_buf_size))
1411                         goto fail;
1412
1413                 if (r->text_buf_size > max_size)
1414                         goto fail;
1415
1416                 r->text_buf = data_alloc(rb, r->text_buf_size,
1417                                          &d->text_blk_lpos, id);
1418         } else {
1419                 if (!get_data(&rb->text_data_ring, &d->text_blk_lpos, &data_size))
1420                         goto fail;
1421
1422                 /*
1423                  * Increase the buffer size to include the original size. If
1424                  * the meta data (@text_len) is not sane, use the full data
1425                  * block size.
1426                  */
1427                 if (WARN_ON_ONCE(info->text_len > data_size)) {
1428                         pr_warn_once("wrong text_len value (%hu, expecting <=%u)\n",
1429                                      info->text_len, data_size);
1430                         info->text_len = data_size;
1431                 }
1432                 r->text_buf_size += info->text_len;
1433
1434                 if (!data_check_size(&rb->text_data_ring, r->text_buf_size))
1435                         goto fail;
1436
1437                 if (r->text_buf_size > max_size)
1438                         goto fail;
1439
1440                 r->text_buf = data_realloc(rb, r->text_buf_size,
1441                                            &d->text_blk_lpos, id);
1442         }
1443         if (r->text_buf_size && !r->text_buf)
1444                 goto fail;
1445
1446         r->info = info;
1447
1448         e->text_space = space_used(&rb->text_data_ring, &d->text_blk_lpos);
1449
1450         return true;
1451 fail:
1452         prb_commit(e);
1453         /* prb_commit() re-enabled interrupts. */
1454 fail_reopen:
1455         /* Make it clear to the caller that the re-reserve failed. */
1456         memset(r, 0, sizeof(*r));
1457         return false;
1458 }
1459
1460 /*
1461  * @last_finalized_seq value guarantees that all records up to and including
1462  * this sequence number are finalized and can be read. The only exception are
1463  * too old records which have already been overwritten.
1464  *
1465  * It is also guaranteed that @last_finalized_seq only increases.
1466  *
1467  * Be aware that finalized records following non-finalized records are not
1468  * reported because they are not yet available to the reader. For example,
1469  * a new record stored via printk() will not be available to a printer if
1470  * it follows a record that has not been finalized yet. However, once that
1471  * non-finalized record becomes finalized, @last_finalized_seq will be
1472  * appropriately updated and the full set of finalized records will be
1473  * available to the printer. And since each printk() caller will either
1474  * directly print or trigger deferred printing of all available unprinted
1475  * records, all printk() messages will get printed.
1476  */
1477 static u64 desc_last_finalized_seq(struct printk_ringbuffer *rb)
1478 {
1479         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1480         unsigned long ulseq;
1481
1482         /*
1483          * Guarantee the sequence number is loaded before loading the
1484          * associated record in order to guarantee that the record can be
1485          * seen by this CPU. This pairs with desc_update_last_finalized:A.
1486          */
1487         ulseq = atomic_long_read_acquire(&desc_ring->last_finalized_seq
1488                                         ); /* LMM(desc_last_finalized_seq:A) */
1489
1490         return __ulseq_to_u64seq(rb, ulseq);
1491 }
1492
1493 static bool _prb_read_valid(struct printk_ringbuffer *rb, u64 *seq,
1494                             struct printk_record *r, unsigned int *line_count);
1495
1496 /*
1497  * Check if there are records directly following @last_finalized_seq that are
1498  * finalized. If so, update @last_finalized_seq to the latest of these
1499  * records. It is not allowed to skip over records that are not yet finalized.
1500  */
1501 static void desc_update_last_finalized(struct printk_ringbuffer *rb)
1502 {
1503         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1504         u64 old_seq = desc_last_finalized_seq(rb);
1505         unsigned long oldval;
1506         unsigned long newval;
1507         u64 finalized_seq;
1508         u64 try_seq;
1509
1510 try_again:
1511         finalized_seq = old_seq;
1512         try_seq = finalized_seq + 1;
1513
1514         /* Try to find later finalized records. */
1515         while (_prb_read_valid(rb, &try_seq, NULL, NULL)) {
1516                 finalized_seq = try_seq;
1517                 try_seq++;
1518         }
1519
1520         /* No update needed if no later finalized record was found. */
1521         if (finalized_seq == old_seq)
1522                 return;
1523
1524         oldval = __u64seq_to_ulseq(old_seq);
1525         newval = __u64seq_to_ulseq(finalized_seq);
1526
1527         /*
1528          * Set the sequence number of a later finalized record that has been
1529          * seen.
1530          *
1531          * Guarantee the record data is visible to other CPUs before storing
1532          * its sequence number. This pairs with desc_last_finalized_seq:A.
1533          *
1534          * Memory barrier involvement:
1535          *
1536          * If desc_last_finalized_seq:A reads from
1537          * desc_update_last_finalized:A, then desc_read:A reads from
1538          * _prb_commit:B.
1539          *
1540          * Relies on:
1541          *
1542          * RELEASE from _prb_commit:B to desc_update_last_finalized:A
1543          *    matching
1544          * ACQUIRE from desc_last_finalized_seq:A to desc_read:A
1545          *
1546          * Note: _prb_commit:B and desc_update_last_finalized:A can be
1547          *       different CPUs. However, the desc_update_last_finalized:A
1548          *       CPU (which performs the release) must have previously seen
1549          *       _prb_commit:B.
1550          */
1551         if (!atomic_long_try_cmpxchg_release(&desc_ring->last_finalized_seq,
1552                                 &oldval, newval)) { /* LMM(desc_update_last_finalized:A) */
1553                 old_seq = __ulseq_to_u64seq(rb, oldval);
1554                 goto try_again;
1555         }
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Attempt to finalize a specified descriptor. If this fails, the descriptor
1560  * is either already final or it will finalize itself when the writer commits.
1561  */
1562 static void desc_make_final(struct printk_ringbuffer *rb, unsigned long id)
1563 {
1564         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1565         unsigned long prev_state_val = DESC_SV(id, desc_committed);
1566         struct prb_desc *d = to_desc(desc_ring, id);
1567
1568         if (atomic_long_try_cmpxchg_relaxed(&d->state_var, &prev_state_val,
1569                         DESC_SV(id, desc_finalized))) { /* LMM(desc_make_final:A) */
1570                 desc_update_last_finalized(rb);
1571         }
1572 }
1573
1574 /**
1575  * prb_reserve() - Reserve space in the ringbuffer.
1576  *
1577  * @e:  The entry structure to setup.
1578  * @rb: The ringbuffer to reserve data in.
1579  * @r:  The record structure to allocate buffers for.
1580  *
1581  * This is the public function available to writers to reserve data.
1582  *
1583  * The writer specifies the text size to reserve by setting the
1584  * @text_buf_size field of @r. To ensure proper initialization of @r,
1585  * prb_rec_init_wr() should be used.
1586  *
1587  * Context: Any context. Disables local interrupts on success.
1588  * Return: true if at least text data could be allocated, otherwise false.
1589  *
1590  * On success, the fields @info and @text_buf of @r will be set by this
1591  * function and should be filled in by the writer before committing. Also
1592  * on success, prb_record_text_space() can be used on @e to query the actual
1593  * space used for the text data block.
1594  *
1595  * Important: @info->text_len needs to be set correctly by the writer in
1596  *            order for data to be readable and/or extended. Its value
1597  *            is initialized to 0.
1598  */
1599 bool prb_reserve(struct prb_reserved_entry *e, struct printk_ringbuffer *rb,
1600                  struct printk_record *r)
1601 {
1602         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1603         struct printk_info *info;
1604         struct prb_desc *d;
1605         unsigned long id;
1606         u64 seq;
1607
1608         if (!data_check_size(&rb->text_data_ring, r->text_buf_size))
1609                 goto fail;
1610
1611         /*
1612          * Descriptors in the reserved state act as blockers to all further
1613          * reservations once the desc_ring has fully wrapped. Disable
1614          * interrupts during the reserve/commit window in order to minimize
1615          * the likelihood of this happening.
1616          */
1617         local_irq_save(e->irqflags);
1618
1619         if (!desc_reserve(rb, &id)) {
1620                 /* Descriptor reservation failures are tracked. */
1621                 atomic_long_inc(&rb->fail);
1622                 local_irq_restore(e->irqflags);
1623                 goto fail;
1624         }
1625
1626         d = to_desc(desc_ring, id);
1627         info = to_info(desc_ring, id);
1628
1629         /*
1630          * All @info fields (except @seq) are cleared and must be filled in
1631          * by the writer. Save @seq before clearing because it is used to
1632          * determine the new sequence number.
1633          */
1634         seq = info->seq;
1635         memset(info, 0, sizeof(*info));
1636
1637         /*
1638          * Set the @e fields here so that prb_commit() can be used if
1639          * text data allocation fails.
1640          */
1641         e->rb = rb;
1642         e->id = id;
1643
1644         /*
1645          * Initialize the sequence number if it has "never been set".
1646          * Otherwise just increment it by a full wrap.
1647          *
1648          * @seq is considered "never been set" if it has a value of 0,
1649          * _except_ for @infos[0], which was specially setup by the ringbuffer
1650          * initializer and therefore is always considered as set.
1651          *
1652          * See the "Bootstrap" comment block in printk_ringbuffer.h for
1653          * details about how the initializer bootstraps the descriptors.
1654          */
1655         if (seq == 0 && DESC_INDEX(desc_ring, id) != 0)
1656                 info->seq = DESC_INDEX(desc_ring, id);
1657         else
1658                 info->seq = seq + DESCS_COUNT(desc_ring);
1659
1660         /*
1661          * New data is about to be reserved. Once that happens, previous
1662          * descriptors are no longer able to be extended. Finalize the
1663          * previous descriptor now so that it can be made available to
1664          * readers. (For seq==0 there is no previous descriptor.)
1665          */
1666         if (info->seq > 0)
1667                 desc_make_final(rb, DESC_ID(id - 1));
1668
1669         r->text_buf = data_alloc(rb, r->text_buf_size, &d->text_blk_lpos, id);
1670         /* If text data allocation fails, a data-less record is committed. */
1671         if (r->text_buf_size && !r->text_buf) {
1672                 prb_commit(e);
1673                 /* prb_commit() re-enabled interrupts. */
1674                 goto fail;
1675         }
1676
1677         r->info = info;
1678
1679         /* Record full text space used by record. */
1680         e->text_space = space_used(&rb->text_data_ring, &d->text_blk_lpos);
1681
1682         return true;
1683 fail:
1684         /* Make it clear to the caller that the reserve failed. */
1685         memset(r, 0, sizeof(*r));
1686         return false;
1687 }
1688
1689 /* Commit the data (possibly finalizing it) and restore interrupts. */
1690 static void _prb_commit(struct prb_reserved_entry *e, unsigned long state_val)
1691 {
1692         struct prb_desc_ring *desc_ring = &e->rb->desc_ring;
1693         struct prb_desc *d = to_desc(desc_ring, e->id);
1694         unsigned long prev_state_val = DESC_SV(e->id, desc_reserved);
1695
1696         /* Now the writer has finished all writing: LMM(_prb_commit:A) */
1697
1698         /*
1699          * Set the descriptor as committed. See "ABA Issues" about why
1700          * cmpxchg() instead of set() is used.
1701          *
1702          * 1  Guarantee all record data is stored before the descriptor state
1703          *    is stored as committed. A write memory barrier is sufficient
1704          *    for this. This pairs with desc_read:B and desc_reopen_last:A.
1705          *
1706          * 2. Guarantee the descriptor state is stored as committed before
1707          *    re-checking the head ID in order to possibly finalize this
1708          *    descriptor. This pairs with desc_reserve:D.
1709          *
1710          *    Memory barrier involvement:
1711          *
1712          *    If prb_commit:A reads from desc_reserve:D, then
1713          *    desc_make_final:A reads from _prb_commit:B.
1714          *
1715          *    Relies on:
1716          *
1717          *    MB _prb_commit:B to prb_commit:A
1718          *       matching
1719          *    MB desc_reserve:D to desc_make_final:A
1720          */
1721         if (!atomic_long_try_cmpxchg(&d->state_var, &prev_state_val,
1722                         DESC_SV(e->id, state_val))) { /* LMM(_prb_commit:B) */
1723                 WARN_ON_ONCE(1);
1724         }
1725
1726         /* Restore interrupts, the reserve/commit window is finished. */
1727         local_irq_restore(e->irqflags);
1728 }
1729
1730 /**
1731  * prb_commit() - Commit (previously reserved) data to the ringbuffer.
1732  *
1733  * @e: The entry containing the reserved data information.
1734  *
1735  * This is the public function available to writers to commit data.
1736  *
1737  * Note that the data is not yet available to readers until it is finalized.
1738  * Finalizing happens automatically when space for the next record is
1739  * reserved.
1740  *
1741  * See prb_final_commit() for a version of this function that finalizes
1742  * immediately.
1743  *
1744  * Context: Any context. Enables local interrupts.
1745  */
1746 void prb_commit(struct prb_reserved_entry *e)
1747 {
1748         struct prb_desc_ring *desc_ring = &e->rb->desc_ring;
1749         unsigned long head_id;
1750
1751         _prb_commit(e, desc_committed);
1752
1753         /*
1754          * If this descriptor is no longer the head (i.e. a new record has
1755          * been allocated), extending the data for this record is no longer
1756          * allowed and therefore it must be finalized.
1757          */
1758         head_id = atomic_long_read(&desc_ring->head_id); /* LMM(prb_commit:A) */
1759         if (head_id != e->id)
1760                 desc_make_final(e->rb, e->id);
1761 }
1762
1763 /**
1764  * prb_final_commit() - Commit and finalize (previously reserved) data to
1765  *                      the ringbuffer.
1766  *
1767  * @e: The entry containing the reserved data information.
1768  *
1769  * This is the public function available to writers to commit+finalize data.
1770  *
1771  * By finalizing, the data is made immediately available to readers.
1772  *
1773  * This function should only be used if there are no intentions of extending
1774  * this data using prb_reserve_in_last().
1775  *
1776  * Context: Any context. Enables local interrupts.
1777  */
1778 void prb_final_commit(struct prb_reserved_entry *e)
1779 {
1780         _prb_commit(e, desc_finalized);
1781
1782         desc_update_last_finalized(e->rb);
1783 }
1784
1785 /*
1786  * Count the number of lines in provided text. All text has at least 1 line
1787  * (even if @text_size is 0). Each '\n' processed is counted as an additional
1788  * line.
1789  */
1790 static unsigned int count_lines(const char *text, unsigned int text_size)
1791 {
1792         unsigned int next_size = text_size;
1793         unsigned int line_count = 1;
1794         const char *next = text;
1795
1796         while (next_size) {
1797                 next = memchr(next, '\n', next_size);
1798                 if (!next)
1799                         break;
1800                 line_count++;
1801                 next++;
1802                 next_size = text_size - (next - text);
1803         }
1804
1805         return line_count;
1806 }
1807
1808 /*
1809  * Given @blk_lpos, copy an expected @len of data into the provided buffer.
1810  * If @line_count is provided, count the number of lines in the data.
1811  *
1812  * This function (used by readers) performs strict validation on the data
1813  * size to possibly detect bugs in the writer code. A WARN_ON_ONCE() is
1814  * triggered if an internal error is detected.
1815  */
1816 static bool copy_data(struct prb_data_ring *data_ring,
1817                       struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos, u16 len, char *buf,
1818                       unsigned int buf_size, unsigned int *line_count)
1819 {
1820         unsigned int data_size;
1821         const char *data;
1822
1823         /* Caller might not want any data. */
1824         if ((!buf || !buf_size) && !line_count)
1825                 return true;
1826
1827         data = get_data(data_ring, blk_lpos, &data_size);
1828         if (!data)
1829                 return false;
1830
1831         /*
1832          * Actual cannot be less than expected. It can be more than expected
1833          * because of the trailing alignment padding.
1834          *
1835          * Note that invalid @len values can occur because the caller loads
1836          * the value during an allowed data race.
1837          */
1838         if (data_size < (unsigned int)len)
1839                 return false;
1840
1841         /* Caller interested in the line count? */
1842         if (line_count)
1843                 *line_count = count_lines(data, len);
1844
1845         /* Caller interested in the data content? */
1846         if (!buf || !buf_size)
1847                 return true;
1848
1849         data_size = min_t(unsigned int, buf_size, len);
1850
1851         memcpy(&buf[0], data, data_size); /* LMM(copy_data:A) */
1852         return true;
1853 }
1854
1855 /*
1856  * This is an extended version of desc_read(). It gets a copy of a specified
1857  * descriptor. However, it also verifies that the record is finalized and has
1858  * the sequence number @seq. On success, 0 is returned.
1859  *
1860  * Error return values:
1861  * -EINVAL: A finalized record with sequence number @seq does not exist.
1862  * -ENOENT: A finalized record with sequence number @seq exists, but its data
1863  *          is not available. This is a valid record, so readers should
1864  *          continue with the next record.
1865  */
1866 static int desc_read_finalized_seq(struct prb_desc_ring *desc_ring,
1867                                    unsigned long id, u64 seq,
1868                                    struct prb_desc *desc_out)
1869 {
1870         struct prb_data_blk_lpos *blk_lpos = &desc_out->text_blk_lpos;
1871         enum desc_state d_state;
1872         u64 s;
1873
1874         d_state = desc_read(desc_ring, id, desc_out, &s, NULL);
1875
1876         /*
1877          * An unexpected @id (desc_miss) or @seq mismatch means the record
1878          * does not exist. A descriptor in the reserved or committed state
1879          * means the record does not yet exist for the reader.
1880          */
1881         if (d_state == desc_miss ||
1882             d_state == desc_reserved ||
1883             d_state == desc_committed ||
1884             s != seq) {
1885                 return -EINVAL;
1886         }
1887
1888         /*
1889          * A descriptor in the reusable state may no longer have its data
1890          * available; report it as existing but with lost data. Or the record
1891          * may actually be a record with lost data.
1892          */
1893         if (d_state == desc_reusable ||
1894             (blk_lpos->begin == FAILED_LPOS && blk_lpos->next == FAILED_LPOS)) {
1895                 return -ENOENT;
1896         }
1897
1898         return 0;
1899 }
1900
1901 /*
1902  * Copy the ringbuffer data from the record with @seq to the provided
1903  * @r buffer. On success, 0 is returned.
1904  *
1905  * See desc_read_finalized_seq() for error return values.
1906  */
1907 static int prb_read(struct printk_ringbuffer *rb, u64 seq,
1908                     struct printk_record *r, unsigned int *line_count)
1909 {
1910         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1911         struct printk_info *info = to_info(desc_ring, seq);
1912         struct prb_desc *rdesc = to_desc(desc_ring, seq);
1913         atomic_long_t *state_var = &rdesc->state_var;
1914         struct prb_desc desc;
1915         unsigned long id;
1916         int err;
1917
1918         /* Extract the ID, used to specify the descriptor to read. */
1919         id = DESC_ID(atomic_long_read(state_var));
1920
1921         /* Get a local copy of the correct descriptor (if available). */
1922         err = desc_read_finalized_seq(desc_ring, id, seq, &desc);
1923
1924         /*
1925          * If @r is NULL, the caller is only interested in the availability
1926          * of the record.
1927          */
1928         if (err || !r)
1929                 return err;
1930
1931         /* If requested, copy meta data. */
1932         if (r->info)
1933                 memcpy(r->info, info, sizeof(*(r->info)));
1934
1935         /* Copy text data. If it fails, this is a data-less record. */
1936         if (!copy_data(&rb->text_data_ring, &desc.text_blk_lpos, info->text_len,
1937                        r->text_buf, r->text_buf_size, line_count)) {
1938                 return -ENOENT;
1939         }
1940
1941         /* Ensure the record is still finalized and has the same @seq. */
1942         return desc_read_finalized_seq(desc_ring, id, seq, &desc);
1943 }
1944
1945 /* Get the sequence number of the tail descriptor. */
1946 u64 prb_first_seq(struct printk_ringbuffer *rb)
1947 {
1948         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
1949         enum desc_state d_state;
1950         struct prb_desc desc;
1951         unsigned long id;
1952         u64 seq;
1953
1954         for (;;) {
1955                 id = atomic_long_read(&rb->desc_ring.tail_id); /* LMM(prb_first_seq:A) */
1956
1957                 d_state = desc_read(desc_ring, id, &desc, &seq, NULL); /* LMM(prb_first_seq:B) */
1958
1959                 /*
1960                  * This loop will not be infinite because the tail is
1961                  * _always_ in the finalized or reusable state.
1962                  */
1963                 if (d_state == desc_finalized || d_state == desc_reusable)
1964                         break;
1965
1966                 /*
1967                  * Guarantee the last state load from desc_read() is before
1968                  * reloading @tail_id in order to see a new tail in the case
1969                  * that the descriptor has been recycled. This pairs with
1970                  * desc_reserve:D.
1971                  *
1972                  * Memory barrier involvement:
1973                  *
1974                  * If prb_first_seq:B reads from desc_reserve:F, then
1975                  * prb_first_seq:A reads from desc_push_tail:B.
1976                  *
1977                  * Relies on:
1978                  *
1979                  * MB from desc_push_tail:B to desc_reserve:F
1980                  *    matching
1981                  * RMB prb_first_seq:B to prb_first_seq:A
1982                  */
1983                 smp_rmb(); /* LMM(prb_first_seq:C) */
1984         }
1985
1986         return seq;
1987 }
1988
1989 /**
1990  * prb_next_reserve_seq() - Get the sequence number after the most recently
1991  *                  reserved record.
1992  *
1993  * @rb:  The ringbuffer to get the sequence number from.
1994  *
1995  * This is the public function available to readers to see what sequence
1996  * number will be assigned to the next reserved record.
1997  *
1998  * Note that depending on the situation, this value can be equal to or
1999  * higher than the sequence number returned by prb_next_seq().
2000  *
2001  * Context: Any context.
2002  * Return: The sequence number that will be assigned to the next record
2003  *         reserved.
2004  */
2005 u64 prb_next_reserve_seq(struct printk_ringbuffer *rb)
2006 {
2007         struct prb_desc_ring *desc_ring = &rb->desc_ring;
2008         unsigned long last_finalized_id;
2009         atomic_long_t *state_var;
2010         u64 last_finalized_seq;
2011         unsigned long head_id;
2012         struct prb_desc desc;
2013         unsigned long diff;
2014         struct prb_desc *d;
2015         int err;
2016
2017         /*
2018          * It may not be possible to read a sequence number for @head_id.
2019          * So the ID of @last_finailzed_seq is used to calculate what the
2020          * sequence number of @head_id will be.
2021          */
2022
2023 try_again:
2024         last_finalized_seq = desc_last_finalized_seq(rb);
2025
2026         /*
2027          * @head_id is loaded after @last_finalized_seq to ensure that
2028          * it points to the record with @last_finalized_seq or newer.
2029          *
2030          * Memory barrier involvement:
2031          *
2032          * If desc_last_finalized_seq:A reads from
2033          * desc_update_last_finalized:A, then
2034          * prb_next_reserve_seq:A reads from desc_reserve:D.
2035          *
2036          * Relies on:
2037          *
2038          * RELEASE from desc_reserve:D to desc_update_last_finalized:A
2039          *    matching
2040          * ACQUIRE from desc_last_finalized_seq:A to prb_next_reserve_seq:A
2041          *
2042          * Note: desc_reserve:D and desc_update_last_finalized:A can be
2043          *       different CPUs. However, the desc_update_last_finalized:A CPU
2044          *       (which performs the release) must have previously seen
2045          *       desc_read:C, which implies desc_reserve:D can be seen.
2046          */
2047         head_id = atomic_long_read(&desc_ring->head_id); /* LMM(prb_next_reserve_seq:A) */
2048
2049         d = to_desc(desc_ring, last_finalized_seq);
2050         state_var = &d->state_var;
2051
2052         /* Extract the ID, used to specify the descriptor to read. */
2053         last_finalized_id = DESC_ID(atomic_long_read(state_var));
2054
2055         /* Ensure @last_finalized_id is correct. */
2056         err = desc_read_finalized_seq(desc_ring, last_finalized_id, last_finalized_seq, &desc);
2057
2058         if (err == -EINVAL) {
2059                 if (last_finalized_seq == 0) {
2060                         /*
2061                          * No record has been finalized or even reserved yet.
2062                          *
2063                          * The @head_id is initialized such that the first
2064                          * increment will yield the first record (seq=0).
2065                          * Handle it separately to avoid a negative @diff
2066                          * below.
2067                          */
2068                         if (head_id == DESC0_ID(desc_ring->count_bits))
2069                                 return 0;
2070
2071                         /*
2072                          * One or more descriptors are already reserved. Use
2073                          * the descriptor ID of the first one (@seq=0) for
2074                          * the @diff below.
2075                          */
2076                         last_finalized_id = DESC0_ID(desc_ring->count_bits) + 1;
2077                 } else {
2078                         /* Record must have been overwritten. Try again. */
2079                         goto try_again;
2080                 }
2081         }
2082
2083         /* Diff of known descriptor IDs to compute related sequence numbers. */
2084         diff = head_id - last_finalized_id;
2085
2086         /*
2087          * @head_id points to the most recently reserved record, but this
2088          * function returns the sequence number that will be assigned to the
2089          * next (not yet reserved) record. Thus +1 is needed.
2090          */
2091         return (last_finalized_seq + diff + 1);
2092 }
2093
2094 /*
2095  * Non-blocking read of a record.
2096  *
2097  * On success @seq is updated to the record that was read and (if provided)
2098  * @r and @line_count will contain the read/calculated data.
2099  *
2100  * On failure @seq is updated to a record that is not yet available to the
2101  * reader, but it will be the next record available to the reader.
2102  *
2103  * Note: When the current CPU is in panic, this function will skip over any
2104  *       non-existent/non-finalized records in order to allow the panic CPU
2105  *       to print any and all records that have been finalized.
2106  */
2107 static bool _prb_read_valid(struct printk_ringbuffer *rb, u64 *seq,
2108                             struct printk_record *r, unsigned int *line_count)
2109 {
2110         u64 tail_seq;
2111         int err;
2112
2113         while ((err = prb_read(rb, *seq, r, line_count))) {
2114                 tail_seq = prb_first_seq(rb);
2115
2116                 if (*seq < tail_seq) {
2117                         /*
2118                          * Behind the tail. Catch up and try again. This
2119                          * can happen for -ENOENT and -EINVAL cases.
2120                          */
2121                         *seq = tail_seq;
2122
2123                 } else if (err == -ENOENT) {
2124                         /* Record exists, but the data was lost. Skip. */
2125                         (*seq)++;
2126
2127                 } else {
2128                         /*
2129                          * Non-existent/non-finalized record. Must stop.
2130                          *
2131                          * For panic situations it cannot be expected that
2132                          * non-finalized records will become finalized. But
2133                          * there may be other finalized records beyond that
2134                          * need to be printed for a panic situation. If this
2135                          * is the panic CPU, skip this
2136                          * non-existent/non-finalized record unless it is
2137                          * at or beyond the head, in which case it is not
2138                          * possible to continue.
2139                          *
2140                          * Note that new messages printed on panic CPU are
2141                          * finalized when we are here. The only exception
2142                          * might be the last message without trailing newline.
2143                          * But it would have the sequence number returned
2144                          * by "prb_next_reserve_seq() - 1".
2145                          */
2146                         if (this_cpu_in_panic() && ((*seq + 1) < prb_next_reserve_seq(rb)))
2147                                 (*seq)++;
2148                         else
2149                                 return false;
2150                 }
2151         }
2152
2153         return true;
2154 }
2155
2156 /**
2157  * prb_read_valid() - Non-blocking read of a requested record or (if gone)
2158  *                    the next available record.
2159  *
2160  * @rb:  The ringbuffer to read from.
2161  * @seq: The sequence number of the record to read.
2162  * @r:   A record data buffer to store the read record to.
2163  *
2164  * This is the public function available to readers to read a record.
2165  *
2166  * The reader provides the @info and @text_buf buffers of @r to be
2167  * filled in. Any of the buffer pointers can be set to NULL if the reader
2168  * is not interested in that data. To ensure proper initialization of @r,
2169  * prb_rec_init_rd() should be used.
2170  *
2171  * Context: Any context.
2172  * Return: true if a record was read, otherwise false.
2173  *
2174  * On success, the reader must check r->info.seq to see which record was
2175  * actually read. This allows the reader to detect dropped records.
2176  *
2177  * Failure means @seq refers to a record not yet available to the reader.
2178  */
2179 bool prb_read_valid(struct printk_ringbuffer *rb, u64 seq,
2180                     struct printk_record *r)
2181 {
2182         return _prb_read_valid(rb, &seq, r, NULL);
2183 }
2184
2185 /**
2186  * prb_read_valid_info() - Non-blocking read of meta data for a requested
2187  *                         record or (if gone) the next available record.
2188  *
2189  * @rb:         The ringbuffer to read from.
2190  * @seq:        The sequence number of the record to read.
2191  * @info:       A buffer to store the read record meta data to.
2192  * @line_count: A buffer to store the number of lines in the record text.
2193  *
2194  * This is the public function available to readers to read only the
2195  * meta data of a record.
2196  *
2197  * The reader provides the @info, @line_count buffers to be filled in.
2198  * Either of the buffer pointers can be set to NULL if the reader is not
2199  * interested in that data.
2200  *
2201  * Context: Any context.
2202  * Return: true if a record's meta data was read, otherwise false.
2203  *
2204  * On success, the reader must check info->seq to see which record meta data
2205  * was actually read. This allows the reader to detect dropped records.
2206  *
2207  * Failure means @seq refers to a record not yet available to the reader.
2208  */
2209 bool prb_read_valid_info(struct printk_ringbuffer *rb, u64 seq,
2210                          struct printk_info *info, unsigned int *line_count)
2211 {
2212         struct printk_record r;
2213
2214         prb_rec_init_rd(&r, info, NULL, 0);
2215
2216         return _prb_read_valid(rb, &seq, &r, line_count);
2217 }
2218
2219 /**
2220  * prb_first_valid_seq() - Get the sequence number of the oldest available
2221  *                         record.
2222  *
2223  * @rb: The ringbuffer to get the sequence number from.
2224  *
2225  * This is the public function available to readers to see what the
2226  * first/oldest valid sequence number is.
2227  *
2228  * This provides readers a starting point to begin iterating the ringbuffer.
2229  *
2230  * Context: Any context.
2231  * Return: The sequence number of the first/oldest record or, if the
2232  *         ringbuffer is empty, 0 is returned.
2233  */
2234 u64 prb_first_valid_seq(struct printk_ringbuffer *rb)
2235 {
2236         u64 seq = 0;
2237
2238         if (!_prb_read_valid(rb, &seq, NULL, NULL))
2239                 return 0;
2240
2241         return seq;
2242 }
2243
2244 /**
2245  * prb_next_seq() - Get the sequence number after the last available record.
2246  *
2247  * @rb:  The ringbuffer to get the sequence number from.
2248  *
2249  * This is the public function available to readers to see what the next
2250  * newest sequence number available to readers will be.
2251  *
2252  * This provides readers a sequence number to jump to if all currently
2253  * available records should be skipped. It is guaranteed that all records
2254  * previous to the returned value have been finalized and are (or were)
2255  * available to the reader.
2256  *
2257  * Context: Any context.
2258  * Return: The sequence number of the next newest (not yet available) record
2259  *         for readers.
2260  */
2261 u64 prb_next_seq(struct printk_ringbuffer *rb)
2262 {
2263         u64 seq;
2264
2265         seq = desc_last_finalized_seq(rb);
2266
2267         /*
2268          * Begin searching after the last finalized record.
2269          *
2270          * On 0, the search must begin at 0 because of hack#2
2271          * of the bootstrapping phase it is not known if a
2272          * record at index 0 exists.
2273          */
2274         if (seq != 0)
2275                 seq++;
2276
2277         /*
2278          * The information about the last finalized @seq might be inaccurate.
2279          * Search forward to find the current one.
2280          */
2281         while (_prb_read_valid(rb, &seq, NULL, NULL))
2282                 seq++;
2283
2284         return seq;
2285 }
2286
2287 /**
2288  * prb_init() - Initialize a ringbuffer to use provided external buffers.
2289  *
2290  * @rb:       The ringbuffer to initialize.
2291  * @text_buf: The data buffer for text data.
2292  * @textbits: The size of @text_buf as a power-of-2 value.
2293  * @descs:    The descriptor buffer for ringbuffer records.
2294  * @descbits: The count of @descs items as a power-of-2 value.
2295  * @infos:    The printk_info buffer for ringbuffer records.
2296  *
2297  * This is the public function available to writers to setup a ringbuffer
2298  * during runtime using provided buffers.
2299  *
2300  * This must match the initialization of DEFINE_PRINTKRB().
2301  *
2302  * Context: Any context.
2303  */
2304 void prb_init(struct printk_ringbuffer *rb,
2305               char *text_buf, unsigned int textbits,
2306               struct prb_desc *descs, unsigned int descbits,
2307               struct printk_info *infos)
2308 {
2309         memset(descs, 0, _DESCS_COUNT(descbits) * sizeof(descs[0]));
2310         memset(infos, 0, _DESCS_COUNT(descbits) * sizeof(infos[0]));
2311
2312         rb->desc_ring.count_bits = descbits;
2313         rb->desc_ring.descs = descs;
2314         rb->desc_ring.infos = infos;
2315         atomic_long_set(&rb->desc_ring.head_id, DESC0_ID(descbits));
2316         atomic_long_set(&rb->desc_ring.tail_id, DESC0_ID(descbits));
2317         atomic_long_set(&rb->desc_ring.last_finalized_seq, 0);
2318
2319         rb->text_data_ring.size_bits = textbits;
2320         rb->text_data_ring.data = text_buf;
2321         atomic_long_set(&rb->text_data_ring.head_lpos, BLK0_LPOS(textbits));
2322         atomic_long_set(&rb->text_data_ring.tail_lpos, BLK0_LPOS(textbits));
2323
2324         atomic_long_set(&rb->fail, 0);
2325
2326         atomic_long_set(&(descs[_DESCS_COUNT(descbits) - 1].state_var), DESC0_SV(descbits));
2327         descs[_DESCS_COUNT(descbits) - 1].text_blk_lpos.begin = FAILED_LPOS;
2328         descs[_DESCS_COUNT(descbits) - 1].text_blk_lpos.next = FAILED_LPOS;
2329
2330         infos[0].seq = -(u64)_DESCS_COUNT(descbits);
2331         infos[_DESCS_COUNT(descbits) - 1].seq = 0;
2332 }
2333
2334 /**
2335  * prb_record_text_space() - Query the full actual used ringbuffer space for
2336  *                           the text data of a reserved entry.
2337  *
2338  * @e: The successfully reserved entry to query.
2339  *
2340  * This is the public function available to writers to see how much actual
2341  * space is used in the ringbuffer to store the text data of the specified
2342  * entry.
2343  *
2344  * This function is only valid if @e has been successfully reserved using
2345  * prb_reserve().
2346  *
2347  * Context: Any context.
2348  * Return: The size in bytes used by the text data of the associated record.
2349  */
2350 unsigned int prb_record_text_space(struct prb_reserved_entry *e)
2351 {
2352         return e->text_space;
2353 }