kernel/context_tracking.c

   1 /*
   2  * Context tracking: Probe on high level context boundaries such as kernel
   3  * and userspace. This includes syscalls and exceptions entry/exit.
   4  *
   5  * This is used by RCU to remove its dependency on the timer tick while a CPU
   6  * runs in userspace.
   7  *
   8  *  Started by Frederic Weisbecker:
   9  *
  10  * Copyright (C) 2012 Red Hat, Inc., Frederic Weisbecker <fweisbec@redhat.com>
  11  *
  12  * Many thanks to Gilad Ben-Yossef, Paul McKenney, Ingo Molnar, Andrew Morton,
  13  * Steven Rostedt, Peter Zijlstra for suggestions and improvements.
  14  *
  15  */
  16
  17 #include <linux/context_tracking.h>
  18 #include <linux/rcupdate.h>
  19 #include <linux/sched.h>
  20 #include <linux/hardirq.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22
  23 DEFINE_PER_CPU(struct context_tracking, context_tracking) = {
  24 #ifdef CONFIG_CONTEXT_TRACKING_FORCE
  25         .active = true,
  26 #endif
  27 };
  28
  29 void context_tracking_cpu_set(int cpu)
  30 {
  31         per_cpu(context_tracking.active, cpu) = true;
  32 }
  33
  34 /**
  35  * user_enter - Inform the context tracking that the CPU is going to
  36  *              enter userspace mode.
  37  *
  38  * This function must be called right before we switch from the kernel
  39  * to userspace, when it's guaranteed the remaining kernel instructions
  40  * to execute won't use any RCU read side critical section because this
  41  * function sets RCU in extended quiescent state.
  42  */
  43 void user_enter(void)
  44 {
  45         unsigned long flags;
  46
  47         /*
  48          * Some contexts may involve an exception occuring in an irq,
  49          * leading to that nesting:
  50          * rcu_irq_enter() rcu_user_exit() rcu_user_exit() rcu_irq_exit()
  51          * This would mess up the dyntick_nesting count though. And rcu_irq_*()
  52          * helpers are enough to protect RCU uses inside the exception. So
  53          * just return immediately if we detect we are in an IRQ.
  54          */
  55         if (in_interrupt())
  56                 return;
  57
  58         /* Kernel threads aren't supposed to go to userspace */
  59         WARN_ON_ONCE(!current->mm);
  60
  61         local_irq_save(flags);
  62         if ( __this_cpu_read(context_tracking.state) != IN_USER) {
  63                 if (__this_cpu_read(context_tracking.active)) {
  64                         /*
  65                          * At this stage, only low level arch entry code remains and
  66                          * then we'll run in userspace. We can assume there won't be
  67                          * any RCU read-side critical section until the next call to
  68                          * user_exit() or rcu_irq_enter(). Let's remove RCU's dependency
  69                          * on the tick.
  70                          */
  71                         vtime_user_enter(current);
  72                         rcu_user_enter();
  73                 }
  74                 /*
  75                  * Even if context tracking is disabled on this CPU, because it's outside
  76                  * the full dynticks mask for example, we still have to keep track of the
  77                  * context transitions and states to prevent inconsistency on those of
  78                  * other CPUs.
  79                  * If a task triggers an exception in userspace, sleep on the exception
  80                  * handler and then migrate to another CPU, that new CPU must know where
  81                  * the exception returns by the time we call exception_exit().
  82                  * This information can only be provided by the previous CPU when it called
  83                  * exception_enter().
  84                  * OTOH we can spare the calls to vtime and RCU when context_tracking.active
  85                  * is false because we know that CPU is not tickless.
  86                  */
  87                 __this_cpu_write(context_tracking.state, IN_USER);
  88         }
  89         local_irq_restore(flags);
  90 }
  91
  92 #ifdef CONFIG_PREEMPT
  93 /**
  94  * preempt_schedule_context - preempt_schedule called by tracing
  95  *
  96  * The tracing infrastructure uses preempt_enable_notrace to prevent
  97  * recursion and tracing preempt enabling caused by the tracing
  98  * infrastructure itself. But as tracing can happen in areas coming
  99  * from userspace or just about to enter userspace, a preempt enable
 100  * can occur before user_exit() is called. This will cause the scheduler
 101  * to be called when the system is still in usermode.
 102  *
 103  * To prevent this, the preempt_enable_notrace will use this function
 104  * instead of preempt_schedule() to exit user context if needed before
 105  * calling the scheduler.
 106  */
 107 void __sched notrace preempt_schedule_context(void)
 108 {
 109         enum ctx_state prev_ctx;
 110
 111         if (likely(!preemptible()))
 112                 return;
 113
 114         /*
 115          * Need to disable preemption in case user_exit() is traced
 116          * and the tracer calls preempt_enable_notrace() causing
 117          * an infinite recursion.
 118          */
 119         preempt_disable_notrace();
 120         prev_ctx = exception_enter();
 121         preempt_enable_no_resched_notrace();
 122
 123         preempt_schedule();
 124
 125         preempt_disable_notrace();
 126         exception_exit(prev_ctx);
 127         preempt_enable_notrace();
 128 }
 129 EXPORT_SYMBOL_GPL(preempt_schedule_context);
 130 #endif /* CONFIG_PREEMPT */
 131
 132 /**
 133  * user_exit - Inform the context tracking that the CPU is
 134  *             exiting userspace mode and entering the kernel.
 135  *
 136  * This function must be called after we entered the kernel from userspace
 137  * before any use of RCU read side critical section. This potentially include
 138  * any high level kernel code like syscalls, exceptions, signal handling, etc...
 139  *
 140  * This call supports re-entrancy. This way it can be called from any exception
 141  * handler without needing to know if we came from userspace or not.
 142  */
 143 void user_exit(void)
 144 {
 145         unsigned long flags;
 146
 147         if (in_interrupt())
 148                 return;
 149
 150         local_irq_save(flags);
 151         if (__this_cpu_read(context_tracking.state) == IN_USER) {
 152                 if (__this_cpu_read(context_tracking.active)) {
 153                         /*
 154                          * We are going to run code that may use RCU. Inform
 155                          * RCU core about that (ie: we may need the tick again).
 156                          */
 157                         rcu_user_exit();
 158                         vtime_user_exit(current);
 159                 }
 160                 __this_cpu_write(context_tracking.state, IN_KERNEL);
 161         }
 162         local_irq_restore(flags);
 163 }
 164
 165 #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN
 166 void guest_enter(void)
 167 {
 168         if (vtime_accounting_enabled())
 169                 vtime_guest_enter(current);
 170         else
 171                 current->flags |= PF_VCPU;
 172 }
 173 EXPORT_SYMBOL_GPL(guest_enter);
 174
 175 void guest_exit(void)
 176 {
 177         if (vtime_accounting_enabled())
 178                 vtime_guest_exit(current);
 179         else
 180                 current->flags &= ~PF_VCPU;
 181 }
 182 EXPORT_SYMBOL_GPL(guest_exit);
 183 #endif /* CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN */
 184
 185
 186 /**
 187  * context_tracking_task_switch - context switch the syscall callbacks
 188  * @prev: the task that is being switched out
 189  * @next: the task that is being switched in
 190  *
 191  * The context tracking uses the syscall slow path to implement its user-kernel
 192  * boundaries probes on syscalls. This way it doesn't impact the syscall fast
 193  * path on CPUs that don't do context tracking.
 194  *
 195  * But we need to clear the flag on the previous task because it may later
 196  * migrate to some CPU that doesn't do the context tracking. As such the TIF
 197  * flag may not be desired there.
 198  */
 199 void context_tracking_task_switch(struct task_struct *prev,
 200                              struct task_struct *next)
 201 {
 202         clear_tsk_thread_flag(prev, TIF_NOHZ);
 203         set_tsk_thread_flag(next, TIF_NOHZ);
 204 }