Add infrastructure for threading support.
[external/binutils.git] / gold / workqueue.h
1 // workqueue.h -- the work queue for gold   -*- C++ -*-
2
3 // Copyright 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
4 // Written by Ian Lance Taylor <iant@google.com>.
5
6 // This file is part of gold.
7
8 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
10 // the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
11 // (at your option) any later version.
12
13 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16 // GNU General Public License for more details.
17
18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
19 // along with this program; if not, write to the Free Software
20 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street - Fifth Floor, Boston,
21 // MA 02110-1301, USA.
22
23 // After processing the command line, everything the linker does is
24 // driven from a work queue.  This permits us to parallelize the
25 // linker where possible.
26
27 // Task_token
28 //   A simple locking implementation to ensure proper task ordering.
29 // Task_read_token, Task_write_token
30 //   Lock a Task_token for read or write.
31 // Task_locker
32 //   Task locking using RAII.
33 // Task
34 //   An abstract class for jobs to run.
35
36 #ifndef GOLD_WORKQUEUE_H
37 #define GOLD_WORKQUEUE_H
38
39 #include "gold-threads.h"
40 #include "fileread.h"
41
42 namespace gold
43 {
44
45 class General_options;
46 class Task;
47 class Workqueue;
48
49 // Some tasks require access to shared data structures, such as the
50 // symbol table.  Some tasks must be executed in a particular order,
51 // such as reading input file symbol tables--if we see foo.o -llib, we
52 // have to read the symbols for foo.o before we read the ones for
53 // -llib.  To implement this safely and efficiently, we use tokens.
54 // Task_tokens support shared read/exclusive write access to some
55 // resource.  Alternatively, they support blockers: blockers implement
56 // the requirement that some set of tasks must complete before another
57 // set of tasks can start.  In such a case we increment the block
58 // count when we create the task, and decrement it when the task
59 // completes.  Task_tokens are only manipulated by the main thread, so
60 // they do not themselves require any locking.
61
62 class Task_token
63 {
64  public:
65   Task_token();
66
67   ~Task_token();
68
69   // A read/write token uses these methods.
70
71   bool
72   is_readable() const;
73
74   void
75   add_reader();
76
77   void
78   remove_reader();
79
80   bool
81   is_writable() const;
82
83   void
84   add_writer(const Task*);
85
86   void
87   remove_writer(const Task*);
88
89   bool
90   has_write_lock(const Task*);
91
92   // A blocker token uses these methods.
93
94   void
95   add_blocker();
96
97   // Returns true if block count drops to zero.
98   bool
99   remove_blocker();
100
101   bool
102   is_blocked() const;
103
104  private:
105   // It makes no sense to copy these.
106   Task_token(const Task_token&);
107   Task_token& operator=(const Task_token&);
108
109   bool is_blocker_;
110   int readers_;
111   const Task* writer_;
112 };
113
114 // In order to support tokens more reliably, we provide objects which
115 // handle them using RAII.
116
117 class Task_read_token
118 {
119  public:
120   Task_read_token(Task_token& token)
121     : token_(token)
122   { this->token_.add_reader(); }
123
124   ~Task_read_token()
125   { this->token_.remove_reader(); }
126
127  private:
128   Task_read_token(const Task_read_token&);
129   Task_read_token& operator=(const Task_read_token&);
130
131   Task_token& token_;
132 };
133
134 class Task_write_token
135 {
136  public:
137   Task_write_token(Task_token& token, const Task* task)
138     : token_(token), task_(task)
139   { this->token_.add_writer(this->task_); }
140
141   ~Task_write_token()
142   { this->token_.remove_writer(this->task_); }
143
144  private:
145   Task_write_token(const Task_write_token&);
146   Task_write_token& operator=(const Task_write_token&);
147
148   Task_token& token_;
149   const Task* task_;
150 };
151
152 class Task_block_token
153 {
154  public:
155   // The blocker count must be incremented when the task is created.
156   // This object is created when the task is run.  When we unblock the
157   // last task, we notify the workqueue.
158   Task_block_token(Task_token& token, Workqueue* workqueue);
159   ~Task_block_token();
160
161  private:
162   Task_block_token(const Task_block_token&);
163   Task_block_token& operator=(const Task_block_token&);
164
165   Task_token& token_;
166   Workqueue* workqueue_;
167 };
168
169 // An object which implements an RAII lock for any object which
170 // supports lock and unlock methods.
171
172 template<typename Obj>
173 class Task_lock_obj
174 {
175  public:
176   Task_lock_obj(Obj& obj)
177     : obj_(obj)
178   { this->obj_.lock(); }
179
180   ~Task_lock_obj()
181   { this->obj_.unlock(); }
182
183  private:
184   Task_lock_obj(const Task_lock_obj&);
185   Task_lock_obj& operator=(const Task_lock_obj&);
186
187   Obj& obj_;
188 };
189
190 // An abstract class used to lock Task_tokens using RAII.  A typical
191 // implementation would simply have a set of members of type
192 // Task_read_token, Task_write_token, and Task_block_token.
193
194 class Task_locker
195 {
196  public:
197   Task_locker()
198   { }
199
200   virtual ~Task_locker()
201   { }
202 };
203
204 // A version of Task_locker which may be used for a single read lock.
205
206 class Task_locker_read : public Task_locker
207 {
208  public:
209   Task_locker_read(Task_token& token)
210     : read_token_(token)
211   { }
212
213  private:
214   Task_locker_read(const Task_locker_read&);
215   Task_locker_read& operator=(const Task_locker_read&);
216
217   Task_read_token read_token_;
218 };
219
220 // A version of Task_locker which may be used for a single write lock.
221
222 class Task_locker_write : public Task_locker
223 {
224  public:
225   Task_locker_write(Task_token& token, const Task* task)
226     : write_token_(token, task)
227   { }
228
229  private:
230   Task_locker_write(const Task_locker_write&);
231   Task_locker_write& operator=(const Task_locker_write&);
232
233   Task_write_token write_token_;
234 };
235
236 // A version of Task_locker which may be used for a single blocker
237 // lock.
238
239 class Task_locker_block : public Task_locker
240 {
241  public:
242   Task_locker_block(Task_token& token, Workqueue* workqueue)
243     : block_token_(token, workqueue)
244   { }
245
246  private:
247   Task_locker_block(const Task_locker_block&);
248   Task_locker_block& operator=(const Task_locker_block&);
249
250   Task_block_token block_token_;
251 };
252
253 // A version of Task_locker which may be used to hold a lock on any
254 // object which supports lock() and unlock() methods.
255
256 template<typename Obj>
257 class Task_locker_obj : public Task_locker
258 {
259  public:
260   Task_locker_obj(Obj& obj)
261     : obj_lock_(obj)
262   { }
263
264  private:
265   Task_locker_obj(const Task_locker_obj&);
266   Task_locker_obj& operator=(const Task_locker_obj&);
267
268   Task_lock_obj<Obj> obj_lock_;
269 };
270
271 // The superclass for tasks to be placed on the workqueue.  Each
272 // specific task class will inherit from this one.
273
274 class Task
275 {
276  public:
277   Task()
278   { }
279   virtual ~Task()
280   { }
281
282   // Type returned by Is_runnable.
283   enum Is_runnable_type
284   {
285     // Task is runnable.
286     IS_RUNNABLE,
287     // Task is waiting for a block to clear.
288     IS_BLOCKED,
289     // Task is not waiting for a block, but is not runnable--i.e., is
290     // waiting for a lock.
291     IS_LOCKED
292   };
293
294   // Return whether the task can be run now.  This method is only
295   // called from the main thread.
296   virtual Is_runnable_type
297   is_runnable(Workqueue*) = 0;
298
299   // Return a pointer to a Task_locker which locks all the resources
300   // required by the task.  We delete the pointer when the task is
301   // complete.  This method can return NULL if no locks are required.
302   // This method is only called from the main thread.
303   virtual Task_locker*
304   locks(Workqueue*) = 0;
305
306   // Run the task.
307   virtual void
308   run(Workqueue*) = 0;
309
310  private:
311   Task(const Task&);
312   Task& operator=(const Task&);
313 };
314
315 // A simple task which waits for a blocker and then runs a function.
316
317 class Task_function_runner
318 {
319  public:
320   virtual ~Task_function_runner()
321   { }
322
323   virtual void
324   run(Workqueue*) = 0;
325 };
326
327 class Task_function : public Task
328 {
329  public:
330   // Both points should be allocated using new, and will be deleted
331   // after the task runs.
332   Task_function(Task_function_runner* runner, Task_token* blocker)
333     : runner_(runner), blocker_(blocker)
334   { }
335
336   ~Task_function()
337   {
338     delete this->runner_;
339     delete this->blocker_;
340   }
341
342   // The standard task methods.
343
344   // Wait until the task is unblocked.
345   Is_runnable_type
346   is_runnable(Workqueue*)
347   { return this->blocker_->is_blocked() ? IS_BLOCKED : IS_RUNNABLE; }
348
349   // This type of task does not normally hold any locks.
350   virtual Task_locker*
351   locks(Workqueue*)
352   { return NULL; }
353
354   // Run the action.
355   void
356   run(Workqueue* workqueue)
357   { this->runner_->run(workqueue); }
358
359  private:
360   Task_function(const Task_function&);
361   Task_function& operator=(const Task_function&);
362
363   Task_function_runner* runner_;
364   Task_token* blocker_;
365 };
366
367 // The workqueue
368
369 class Workqueue_runner;
370
371 class Workqueue
372 {
373  public:
374   Workqueue(const General_options&);
375   ~Workqueue();
376
377   // Add a new task to the work queue.
378   void
379   queue(Task*);
380
381   // Add a new task to the front of the work queue.  It will be the
382   // next task to run if it is ready.
383   void
384   queue_front(Task*);
385
386   // Process all the tasks on the work queue.
387   void
388   process();
389
390   // A complete set of blocking tasks has completed.
391   void
392   cleared_blocker();
393
394   // Set the thread count.
395   void
396   set_thread_count(int);
397
398  private:
399   // This class can not be copied.
400   Workqueue(const Workqueue&);
401   Workqueue& operator=(const Workqueue&);
402
403   typedef std::list<Task*> Task_list;
404
405   // Run a task.
406   void run(Task*);
407
408   friend class Workqueue_runner;
409
410   // Find a runnable task.
411   Task* find_runnable(Task_list&, bool*);
412
413   // Add a lock to the completed queue.
414   void completed(Task*, Task_locker*);
415
416   // Clear the completed queue.
417   bool clear_completed();
418
419   // How to run a task.  Only accessed from main thread.
420   Workqueue_runner* runner_;
421
422   // Lock for access to tasks_ members.
423   Lock tasks_lock_;
424   // List of tasks to execute at each link level.
425   Task_list tasks_;
426
427   // Lock for access to completed_ and running_ members.
428   Lock completed_lock_;
429   // List of Task_locker objects for main thread to free.
430   std::list<Task_locker*> completed_;
431   // Number of tasks currently running.
432   int running_;
433   // Condition variable signalled when a new entry is added to completed_.
434   Condvar completed_condvar_;
435
436   // Number of blocker tokens which were fully cleared.  Only accessed
437   // from main thread.
438   int cleared_blockers_;
439 };
440
441 } // End namespace gold.
442
443 #endif // !defined(GOLD_WORKQUEUE_H)