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 struct static_key context_tracking_enabled = STATIC_KEY_INIT_FALSE;
  24
  25 DEFINE_PER_CPU(struct context_tracking, context_tracking);
  26
  27 void context_tracking_cpu_set(int cpu)
  28 {
  29         if (!per_cpu(context_tracking.active, cpu)) {
  30                 per_cpu(context_tracking.active, cpu) = true;
  31                 static_key_slow_inc(&context_tracking_enabled);
  32         }
  33 }
  34
  35 /**
  36  * user_enter - Inform the context tracking that the CPU is going to
  37  *              enter userspace mode.
  38  *
  39  * This function must be called right before we switch from the kernel
  40  * to userspace, when it's guaranteed the remaining kernel instructions
  41  * to execute won't use any RCU read side critical section because this
  42  * function sets RCU in extended quiescent state.
  43  */
  44 void user_enter(void)
  45 {
  46         unsigned long flags;
  47
  48         /*
  49          * Some contexts may involve an exception occuring in an irq,
  50          * leading to that nesting:
  51          * rcu_irq_enter() rcu_user_exit() rcu_user_exit() rcu_irq_exit()
  52          * This would mess up the dyntick_nesting count though. And rcu_irq_*()
  53          * helpers are enough to protect RCU uses inside the exception. So
  54          * just return immediately if we detect we are in an IRQ.
  55          */
  56         if (in_interrupt())
  57                 return;
  58
  59         /* Kernel threads aren't supposed to go to userspace */
  60         WARN_ON_ONCE(!current->mm);
  61
  62         local_irq_save(flags);
  63         if ( __this_cpu_read(context_tracking.state) != IN_USER) {
  64                 if (__this_cpu_read(context_tracking.active)) {
  65                         /*
  66                          * At this stage, only low level arch entry code remains and
  67                          * then we'll run in userspace. We can assume there won't be
  68                          * any RCU read-side critical section until the next call to
  69                          * user_exit() or rcu_irq_enter(). Let's remove RCU's dependency
  70                          * on the tick.
  71                          */
  72                         vtime_user_enter(current);
  73                         rcu_user_enter();
  74                 }
  75                 /*
  76                  * Even if context tracking is disabled on this CPU, because it's outside
  77                  * the full dynticks mask for example, we still have to keep track of the
  78                  * context transitions and states to prevent inconsistency on those of
  79                  * other CPUs.
  80                  * If a task triggers an exception in userspace, sleep on the exception
  81                  * handler and then migrate to another CPU, that new CPU must know where
  82                  * the exception returns by the time we call exception_exit().
  83                  * This information can only be provided by the previous CPU when it called
  84                  * exception_enter().
  85                  * OTOH we can spare the calls to vtime and RCU when context_tracking.active
  86                  * is false because we know that CPU is not tickless.
  87                  */
  88                 __this_cpu_write(context_tracking.state, IN_USER);
  89         }
  90         local_irq_restore(flags);
  91 }
  92
  93 #ifdef CONFIG_PREEMPT
  94 /**
  95  * preempt_schedule_context - preempt_schedule called by tracing
  96  *
  97  * The tracing infrastructure uses preempt_enable_notrace to prevent
  98  * recursion and tracing preempt enabling caused by the tracing
  99  * infrastructure itself. But as tracing can happen in areas coming
 100  * from userspace or just about to enter userspace, a preempt enable
 101  * can occur before user_exit() is called. This will cause the scheduler
 102  * to be called when the system is still in usermode.
 103  *
 104  * To prevent this, the preempt_enable_notrace will use this function
 105  * instead of preempt_schedule() to exit user context if needed before
 106  * calling the scheduler.
 107  */
 108 void __sched notrace preempt_schedule_context(void)
 109 {
 110         enum ctx_state prev_ctx;
 111
 112         if (likely(!preemptible()))
 113                 return;
 114
 115         /*
 116          * Need to disable preemption in case user_exit() is traced
 117          * and the tracer calls preempt_enable_notrace() causing
 118          * an infinite recursion.
 119          */
 120         preempt_disable_notrace();
 121         prev_ctx = exception_enter();
 122         preempt_enable_no_resched_notrace();
 123
 124         preempt_schedule();
 125
 126         preempt_disable_notrace();
 127         exception_exit(prev_ctx);
 128         preempt_enable_notrace();
 129 }
 130 EXPORT_SYMBOL_GPL(preempt_schedule_context);
 131 #endif /* CONFIG_PREEMPT */
 132
 133 /**
 134  * user_exit - Inform the context tracking that the CPU is
 135  *             exiting userspace mode and entering the kernel.
 136  *
 137  * This function must be called after we entered the kernel from userspace
 138  * before any use of RCU read side critical section. This potentially include
 139  * any high level kernel code like syscalls, exceptions, signal handling, etc...
 140  *
 141  * This call supports re-entrancy. This way it can be called from any exception
 142  * handler without needing to know if we came from userspace or not.
 143  */
 144 void user_exit(void)
 145 {
 146         unsigned long flags;
 147
 148         if (in_interrupt())
 149                 return;
 150
 151         local_irq_save(flags);
 152         if (__this_cpu_read(context_tracking.state) == IN_USER) {
 153                 if (__this_cpu_read(context_tracking.active)) {
 154                         /*
 155                          * We are going to run code that may use RCU. Inform
 156                          * RCU core about that (ie: we may need the tick again).
 157                          */
 158                         rcu_user_exit();
 159                         vtime_user_exit(current);
 160                 }
 161                 __this_cpu_write(context_tracking.state, IN_KERNEL);
 162         }
 163         local_irq_restore(flags);
 164 }
 165
 166 #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN
 167 void guest_enter(void)
 168 {
 169         if (vtime_accounting_enabled())
 170                 vtime_guest_enter(current);
 171         else
 172                 current->flags |= PF_VCPU;
 173 }
 174 EXPORT_SYMBOL_GPL(guest_enter);
 175
 176 void guest_exit(void)
 177 {
 178         if (vtime_accounting_enabled())
 179                 vtime_guest_exit(current);
 180         else
 181                 current->flags &= ~PF_VCPU;
 182 }
 183 EXPORT_SYMBOL_GPL(guest_exit);
 184 #endif /* CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN */
 185
 186
 187 /**
 188  * context_tracking_task_switch - context switch the syscall callbacks
 189  * @prev: the task that is being switched out
 190  * @next: the task that is being switched in
 191  *
 192  * The context tracking uses the syscall slow path to implement its user-kernel
 193  * boundaries probes on syscalls. This way it doesn't impact the syscall fast
 194  * path on CPUs that don't do context tracking.
 195  *
 196  * But we need to clear the flag on the previous task because it may later
 197  * migrate to some CPU that doesn't do the context tracking. As such the TIF
 198  * flag may not be desired there.
 199  */
 200 void context_tracking_task_switch(struct task_struct *prev,
 201                              struct task_struct *next)
 202 {
 203         clear_tsk_thread_flag(prev, TIF_NOHZ);
 204         set_tsk_thread_flag(next, TIF_NOHZ);
 205 }
 206
 207 #ifdef CONFIG_CONTEXT_TRACKING_FORCE
 208 void __init context_tracking_init(void)
 209 {
 210         int cpu;
 211
 212         for_each_possible_cpu(cpu)
 213                 context_tracking_cpu_set(cpu);
 214 }
 215 #endif