srcu: Clarify comments on memory barrier "E"
authorJoel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Sat, 28 Jan 2023 03:59:01 +0000 (03:59 +0000)
committerJoel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Wed, 5 Apr 2023 13:47:18 +0000 (13:47 +0000)
There is an smp_mb() named "E" in srcu_flip() immediately before the
increment (flip) of the srcu_struct structure's ->srcu_idx.

The purpose of E is to order the preceding scan's read of lock counters
against the flipping of the ->srcu_idx, in order to prevent new readers
from continuing to use the old ->srcu_idx value, which might needlessly
extend the grace period.

However, this ordering is already enforced because of the control
dependency between the preceding scan and the ->srcu_idx flip.
This control dependency exists because atomic_long_read() is used
to scan the counts, because WRITE_ONCE() is used to flip ->srcu_idx,
and because ->srcu_idx is not flipped until the ->srcu_lock_count[] and
->srcu_unlock_count[] counts match.  And such a match cannot happen when
there is an in-flight reader that started before the flip (observation
courtesy Mathieu Desnoyers).

The litmus test below (courtesy of Frederic Weisbecker, with changes
for ctrldep by Boqun and Joel) shows this:

C srcu
(*
 * bad condition: P0's first scan (SCAN1) saw P1's idx=0 LOCK count inc, though P1 saw flip.
 *
 * So basically, the ->po ordering on both P0 and P1 is enforced via ->ppo
 * (control deps) on both sides, and both P0 and P1 are interconnected by ->rf
 * relations. Combining the ->ppo with ->rf, a cycle is impossible.
 *)

{}

// updater
P0(int *IDX, int *LOCK0, int *UNLOCK0, int *LOCK1, int *UNLOCK1)
{
        int lock1;
        int unlock1;
        int lock0;
        int unlock0;

        // SCAN1
        unlock1 = READ_ONCE(*UNLOCK1);
        smp_mb(); // A
        lock1 = READ_ONCE(*LOCK1);

        // FLIP
        if (lock1 == unlock1) {   // Control dep
                smp_mb(); // E    // Remove E and still passes.
                WRITE_ONCE(*IDX, 1);
                smp_mb(); // D

                // SCAN2
                unlock0 = READ_ONCE(*UNLOCK0);
                smp_mb(); // A
                lock0 = READ_ONCE(*LOCK0);
        }
}

// reader
P1(int *IDX, int *LOCK0, int *UNLOCK0, int *LOCK1, int *UNLOCK1)
{
        int tmp;
        int idx1;
        int idx2;

        // 1st reader
        idx1 = READ_ONCE(*IDX);
        if (idx1 == 0) {         // Control dep
                tmp = READ_ONCE(*LOCK0);
                WRITE_ONCE(*LOCK0, tmp + 1);
                smp_mb(); /* B and C */
                tmp = READ_ONCE(*UNLOCK0);
                WRITE_ONCE(*UNLOCK0, tmp + 1);
        } else {
                tmp = READ_ONCE(*LOCK1);
                WRITE_ONCE(*LOCK1, tmp + 1);
                smp_mb(); /* B and C */
                tmp = READ_ONCE(*UNLOCK1);
                WRITE_ONCE(*UNLOCK1, tmp + 1);
        }
}

exists (0:lock1=1 /\ 1:idx1=1)

More complicated litmus tests with multiple SRCU readers also show that
memory barrier E is not needed.

This commit therefore clarifies the comment on memory barrier E.

Why not also remove that redundant smp_mb()?

Because control dependencies are quite fragile due to their not being
recognized by most compilers and tools.  Control dependencies therefore
exact an ongoing maintenance burden, and such a burden cannot be justified
in this slowpath.  Therefore, that smp_mb() stays until such time as
its overhead becomes a measurable problem in a real workload running on
a real production system, or until such time as compilers start paying
attention to this sort of control dependency.

Co-developed-by: Frederic Weisbecker <frederic@kernel.org>
Signed-off-by: Frederic Weisbecker <frederic@kernel.org>
Co-developed-by: Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Signed-off-by: Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Co-developed-by: Boqun Feng <boqun.feng@gmail.com>
Signed-off-by: Boqun Feng <boqun.feng@gmail.com>
Reviewed-by: Paul E. McKenney <paulmck@kernel.org>
Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
kernel/rcu/srcutree.c

index ab4ee58af84bfcfaf6890a6650b40117be09bfb0..68f89c5330574a08e6dee4e30e2768d83f08c885 100644 (file)
@@ -1085,16 +1085,36 @@ static bool try_check_zero(struct srcu_struct *ssp, int idx, int trycount)
 static void srcu_flip(struct srcu_struct *ssp)
 {
        /*
-        * Ensure that if this updater saw a given reader's increment
-        * from __srcu_read_lock(), that reader was using an old value
-        * of ->srcu_idx.  Also ensure that if a given reader sees the
-        * new value of ->srcu_idx, this updater's earlier scans cannot
-        * have seen that reader's increments (which is OK, because this
-        * grace period need not wait on that reader).
+        * Because the flip of ->srcu_idx is executed only if the
+        * preceding call to srcu_readers_active_idx_check() found that
+        * the ->srcu_unlock_count[] and ->srcu_lock_count[] sums matched
+        * and because that summing uses atomic_long_read(), there is
+        * ordering due to a control dependency between that summing and
+        * the WRITE_ONCE() in this call to srcu_flip().  This ordering
+        * ensures that if this updater saw a given reader's increment from
+        * __srcu_read_lock(), that reader was using a value of ->srcu_idx
+        * from before the previous call to srcu_flip(), which should be
+        * quite rare.  This ordering thus helps forward progress because
+        * the grace period could otherwise be delayed by additional
+        * calls to __srcu_read_lock() using that old (soon to be new)
+        * value of ->srcu_idx.
+        *
+        * This sum-equality check and ordering also ensures that if
+        * a given call to __srcu_read_lock() uses the new value of
+        * ->srcu_idx, this updater's earlier scans cannot have seen
+        * that reader's increments, which is all to the good, because
+        * this grace period need not wait on that reader.  After all,
+        * if those earlier scans had seen that reader, there would have
+        * been a sum mismatch and this code would not be reached.
+        *
+        * This means that the following smp_mb() is redundant, but
+        * it stays until either (1) Compilers learn about this sort of
+        * control dependency or (2) Some production workload running on
+        * a production system is unduly delayed by this slowpath smp_mb().
         */
        smp_mb(); /* E */  /* Pairs with B and C. */
 
-       WRITE_ONCE(ssp->srcu_idx, ssp->srcu_idx + 1);
+       WRITE_ONCE(ssp->srcu_idx, ssp->srcu_idx + 1); // Flip the counter.
 
        /*
         * Ensure that if the updater misses an __srcu_read_unlock()