kernel/resource: refactor __request_region to allow external locking
[platform/kernel/linux-starfive.git] / kernel / stop_machine.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * kernel/stop_machine.c
4  *
5  * Copyright (C) 2008, 2005     IBM Corporation.
6  * Copyright (C) 2008, 2005     Rusty Russell rusty@rustcorp.com.au
7  * Copyright (C) 2010           SUSE Linux Products GmbH
8  * Copyright (C) 2010           Tejun Heo <tj@kernel.org>
9  */
10 #include <linux/compiler.h>
11 #include <linux/completion.h>
12 #include <linux/cpu.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <linux/kthread.h>
15 #include <linux/export.h>
16 #include <linux/percpu.h>
17 #include <linux/sched.h>
18 #include <linux/stop_machine.h>
19 #include <linux/interrupt.h>
20 #include <linux/kallsyms.h>
21 #include <linux/smpboot.h>
22 #include <linux/atomic.h>
23 #include <linux/nmi.h>
24 #include <linux/sched/wake_q.h>
25
26 /*
27  * Structure to determine completion condition and record errors.  May
28  * be shared by works on different cpus.
29  */
30 struct cpu_stop_done {
31         atomic_t                nr_todo;        /* nr left to execute */
32         int                     ret;            /* collected return value */
33         struct completion       completion;     /* fired if nr_todo reaches 0 */
34 };
35
36 /* the actual stopper, one per every possible cpu, enabled on online cpus */
37 struct cpu_stopper {
38         struct task_struct      *thread;
39
40         raw_spinlock_t          lock;
41         bool                    enabled;        /* is this stopper enabled? */
42         struct list_head        works;          /* list of pending works */
43
44         struct cpu_stop_work    stop_work;      /* for stop_cpus */
45         unsigned long           caller;
46         cpu_stop_fn_t           fn;
47 };
48
49 static DEFINE_PER_CPU(struct cpu_stopper, cpu_stopper);
50 static bool stop_machine_initialized = false;
51
52 void print_stop_info(const char *log_lvl, struct task_struct *task)
53 {
54         /*
55          * If @task is a stopper task, it cannot migrate and task_cpu() is
56          * stable.
57          */
58         struct cpu_stopper *stopper = per_cpu_ptr(&cpu_stopper, task_cpu(task));
59
60         if (task != stopper->thread)
61                 return;
62
63         printk("%sStopper: %pS <- %pS\n", log_lvl, stopper->fn, (void *)stopper->caller);
64 }
65
66 /* static data for stop_cpus */
67 static DEFINE_MUTEX(stop_cpus_mutex);
68 static bool stop_cpus_in_progress;
69
70 static void cpu_stop_init_done(struct cpu_stop_done *done, unsigned int nr_todo)
71 {
72         memset(done, 0, sizeof(*done));
73         atomic_set(&done->nr_todo, nr_todo);
74         init_completion(&done->completion);
75 }
76
77 /* signal completion unless @done is NULL */
78 static void cpu_stop_signal_done(struct cpu_stop_done *done)
79 {
80         if (atomic_dec_and_test(&done->nr_todo))
81                 complete(&done->completion);
82 }
83
84 static void __cpu_stop_queue_work(struct cpu_stopper *stopper,
85                                         struct cpu_stop_work *work,
86                                         struct wake_q_head *wakeq)
87 {
88         list_add_tail(&work->list, &stopper->works);
89         wake_q_add(wakeq, stopper->thread);
90 }
91
92 /* queue @work to @stopper.  if offline, @work is completed immediately */
93 static bool cpu_stop_queue_work(unsigned int cpu, struct cpu_stop_work *work)
94 {
95         struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
96         DEFINE_WAKE_Q(wakeq);
97         unsigned long flags;
98         bool enabled;
99
100         preempt_disable();
101         raw_spin_lock_irqsave(&stopper->lock, flags);
102         enabled = stopper->enabled;
103         if (enabled)
104                 __cpu_stop_queue_work(stopper, work, &wakeq);
105         else if (work->done)
106                 cpu_stop_signal_done(work->done);
107         raw_spin_unlock_irqrestore(&stopper->lock, flags);
108
109         wake_up_q(&wakeq);
110         preempt_enable();
111
112         return enabled;
113 }
114
115 /**
116  * stop_one_cpu - stop a cpu
117  * @cpu: cpu to stop
118  * @fn: function to execute
119  * @arg: argument to @fn
120  *
121  * Execute @fn(@arg) on @cpu.  @fn is run in a process context with
122  * the highest priority preempting any task on the cpu and
123  * monopolizing it.  This function returns after the execution is
124  * complete.
125  *
126  * This function doesn't guarantee @cpu stays online till @fn
127  * completes.  If @cpu goes down in the middle, execution may happen
128  * partially or fully on different cpus.  @fn should either be ready
129  * for that or the caller should ensure that @cpu stays online until
130  * this function completes.
131  *
132  * CONTEXT:
133  * Might sleep.
134  *
135  * RETURNS:
136  * -ENOENT if @fn(@arg) was not executed because @cpu was offline;
137  * otherwise, the return value of @fn.
138  */
139 int stop_one_cpu(unsigned int cpu, cpu_stop_fn_t fn, void *arg)
140 {
141         struct cpu_stop_done done;
142         struct cpu_stop_work work = { .fn = fn, .arg = arg, .done = &done, .caller = _RET_IP_ };
143
144         cpu_stop_init_done(&done, 1);
145         if (!cpu_stop_queue_work(cpu, &work))
146                 return -ENOENT;
147         /*
148          * In case @cpu == smp_proccessor_id() we can avoid a sleep+wakeup
149          * cycle by doing a preemption:
150          */
151         cond_resched();
152         wait_for_completion(&done.completion);
153         return done.ret;
154 }
155
156 /* This controls the threads on each CPU. */
157 enum multi_stop_state {
158         /* Dummy starting state for thread. */
159         MULTI_STOP_NONE,
160         /* Awaiting everyone to be scheduled. */
161         MULTI_STOP_PREPARE,
162         /* Disable interrupts. */
163         MULTI_STOP_DISABLE_IRQ,
164         /* Run the function */
165         MULTI_STOP_RUN,
166         /* Exit */
167         MULTI_STOP_EXIT,
168 };
169
170 struct multi_stop_data {
171         cpu_stop_fn_t           fn;
172         void                    *data;
173         /* Like num_online_cpus(), but hotplug cpu uses us, so we need this. */
174         unsigned int            num_threads;
175         const struct cpumask    *active_cpus;
176
177         enum multi_stop_state   state;
178         atomic_t                thread_ack;
179 };
180
181 static void set_state(struct multi_stop_data *msdata,
182                       enum multi_stop_state newstate)
183 {
184         /* Reset ack counter. */
185         atomic_set(&msdata->thread_ack, msdata->num_threads);
186         smp_wmb();
187         WRITE_ONCE(msdata->state, newstate);
188 }
189
190 /* Last one to ack a state moves to the next state. */
191 static void ack_state(struct multi_stop_data *msdata)
192 {
193         if (atomic_dec_and_test(&msdata->thread_ack))
194                 set_state(msdata, msdata->state + 1);
195 }
196
197 notrace void __weak stop_machine_yield(const struct cpumask *cpumask)
198 {
199         cpu_relax();
200 }
201
202 /* This is the cpu_stop function which stops the CPU. */
203 static int multi_cpu_stop(void *data)
204 {
205         struct multi_stop_data *msdata = data;
206         enum multi_stop_state newstate, curstate = MULTI_STOP_NONE;
207         int cpu = smp_processor_id(), err = 0;
208         const struct cpumask *cpumask;
209         unsigned long flags;
210         bool is_active;
211
212         /*
213          * When called from stop_machine_from_inactive_cpu(), irq might
214          * already be disabled.  Save the state and restore it on exit.
215          */
216         local_save_flags(flags);
217
218         if (!msdata->active_cpus) {
219                 cpumask = cpu_online_mask;
220                 is_active = cpu == cpumask_first(cpumask);
221         } else {
222                 cpumask = msdata->active_cpus;
223                 is_active = cpumask_test_cpu(cpu, cpumask);
224         }
225
226         /* Simple state machine */
227         do {
228                 /* Chill out and ensure we re-read multi_stop_state. */
229                 stop_machine_yield(cpumask);
230                 newstate = READ_ONCE(msdata->state);
231                 if (newstate != curstate) {
232                         curstate = newstate;
233                         switch (curstate) {
234                         case MULTI_STOP_DISABLE_IRQ:
235                                 local_irq_disable();
236                                 hard_irq_disable();
237                                 break;
238                         case MULTI_STOP_RUN:
239                                 if (is_active)
240                                         err = msdata->fn(msdata->data);
241                                 break;
242                         default:
243                                 break;
244                         }
245                         ack_state(msdata);
246                 } else if (curstate > MULTI_STOP_PREPARE) {
247                         /*
248                          * At this stage all other CPUs we depend on must spin
249                          * in the same loop. Any reason for hard-lockup should
250                          * be detected and reported on their side.
251                          */
252                         touch_nmi_watchdog();
253                 }
254                 rcu_momentary_dyntick_idle();
255         } while (curstate != MULTI_STOP_EXIT);
256
257         local_irq_restore(flags);
258         return err;
259 }
260
261 static int cpu_stop_queue_two_works(int cpu1, struct cpu_stop_work *work1,
262                                     int cpu2, struct cpu_stop_work *work2)
263 {
264         struct cpu_stopper *stopper1 = per_cpu_ptr(&cpu_stopper, cpu1);
265         struct cpu_stopper *stopper2 = per_cpu_ptr(&cpu_stopper, cpu2);
266         DEFINE_WAKE_Q(wakeq);
267         int err;
268
269 retry:
270         /*
271          * The waking up of stopper threads has to happen in the same
272          * scheduling context as the queueing.  Otherwise, there is a
273          * possibility of one of the above stoppers being woken up by another
274          * CPU, and preempting us. This will cause us to not wake up the other
275          * stopper forever.
276          */
277         preempt_disable();
278         raw_spin_lock_irq(&stopper1->lock);
279         raw_spin_lock_nested(&stopper2->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
280
281         if (!stopper1->enabled || !stopper2->enabled) {
282                 err = -ENOENT;
283                 goto unlock;
284         }
285
286         /*
287          * Ensure that if we race with __stop_cpus() the stoppers won't get
288          * queued up in reverse order leading to system deadlock.
289          *
290          * We can't miss stop_cpus_in_progress if queue_stop_cpus_work() has
291          * queued a work on cpu1 but not on cpu2, we hold both locks.
292          *
293          * It can be falsely true but it is safe to spin until it is cleared,
294          * queue_stop_cpus_work() does everything under preempt_disable().
295          */
296         if (unlikely(stop_cpus_in_progress)) {
297                 err = -EDEADLK;
298                 goto unlock;
299         }
300
301         err = 0;
302         __cpu_stop_queue_work(stopper1, work1, &wakeq);
303         __cpu_stop_queue_work(stopper2, work2, &wakeq);
304
305 unlock:
306         raw_spin_unlock(&stopper2->lock);
307         raw_spin_unlock_irq(&stopper1->lock);
308
309         if (unlikely(err == -EDEADLK)) {
310                 preempt_enable();
311
312                 while (stop_cpus_in_progress)
313                         cpu_relax();
314
315                 goto retry;
316         }
317
318         wake_up_q(&wakeq);
319         preempt_enable();
320
321         return err;
322 }
323 /**
324  * stop_two_cpus - stops two cpus
325  * @cpu1: the cpu to stop
326  * @cpu2: the other cpu to stop
327  * @fn: function to execute
328  * @arg: argument to @fn
329  *
330  * Stops both the current and specified CPU and runs @fn on one of them.
331  *
332  * returns when both are completed.
333  */
334 int stop_two_cpus(unsigned int cpu1, unsigned int cpu2, cpu_stop_fn_t fn, void *arg)
335 {
336         struct cpu_stop_done done;
337         struct cpu_stop_work work1, work2;
338         struct multi_stop_data msdata;
339
340         msdata = (struct multi_stop_data){
341                 .fn = fn,
342                 .data = arg,
343                 .num_threads = 2,
344                 .active_cpus = cpumask_of(cpu1),
345         };
346
347         work1 = work2 = (struct cpu_stop_work){
348                 .fn = multi_cpu_stop,
349                 .arg = &msdata,
350                 .done = &done,
351                 .caller = _RET_IP_,
352         };
353
354         cpu_stop_init_done(&done, 2);
355         set_state(&msdata, MULTI_STOP_PREPARE);
356
357         if (cpu1 > cpu2)
358                 swap(cpu1, cpu2);
359         if (cpu_stop_queue_two_works(cpu1, &work1, cpu2, &work2))
360                 return -ENOENT;
361
362         wait_for_completion(&done.completion);
363         return done.ret;
364 }
365
366 /**
367  * stop_one_cpu_nowait - stop a cpu but don't wait for completion
368  * @cpu: cpu to stop
369  * @fn: function to execute
370  * @arg: argument to @fn
371  * @work_buf: pointer to cpu_stop_work structure
372  *
373  * Similar to stop_one_cpu() but doesn't wait for completion.  The
374  * caller is responsible for ensuring @work_buf is currently unused
375  * and will remain untouched until stopper starts executing @fn.
376  *
377  * CONTEXT:
378  * Don't care.
379  *
380  * RETURNS:
381  * true if cpu_stop_work was queued successfully and @fn will be called,
382  * false otherwise.
383  */
384 bool stop_one_cpu_nowait(unsigned int cpu, cpu_stop_fn_t fn, void *arg,
385                         struct cpu_stop_work *work_buf)
386 {
387         *work_buf = (struct cpu_stop_work){ .fn = fn, .arg = arg, .caller = _RET_IP_, };
388         return cpu_stop_queue_work(cpu, work_buf);
389 }
390
391 static bool queue_stop_cpus_work(const struct cpumask *cpumask,
392                                  cpu_stop_fn_t fn, void *arg,
393                                  struct cpu_stop_done *done)
394 {
395         struct cpu_stop_work *work;
396         unsigned int cpu;
397         bool queued = false;
398
399         /*
400          * Disable preemption while queueing to avoid getting
401          * preempted by a stopper which might wait for other stoppers
402          * to enter @fn which can lead to deadlock.
403          */
404         preempt_disable();
405         stop_cpus_in_progress = true;
406         barrier();
407         for_each_cpu(cpu, cpumask) {
408                 work = &per_cpu(cpu_stopper.stop_work, cpu);
409                 work->fn = fn;
410                 work->arg = arg;
411                 work->done = done;
412                 work->caller = _RET_IP_;
413                 if (cpu_stop_queue_work(cpu, work))
414                         queued = true;
415         }
416         barrier();
417         stop_cpus_in_progress = false;
418         preempt_enable();
419
420         return queued;
421 }
422
423 static int __stop_cpus(const struct cpumask *cpumask,
424                        cpu_stop_fn_t fn, void *arg)
425 {
426         struct cpu_stop_done done;
427
428         cpu_stop_init_done(&done, cpumask_weight(cpumask));
429         if (!queue_stop_cpus_work(cpumask, fn, arg, &done))
430                 return -ENOENT;
431         wait_for_completion(&done.completion);
432         return done.ret;
433 }
434
435 /**
436  * stop_cpus - stop multiple cpus
437  * @cpumask: cpus to stop
438  * @fn: function to execute
439  * @arg: argument to @fn
440  *
441  * Execute @fn(@arg) on online cpus in @cpumask.  On each target cpu,
442  * @fn is run in a process context with the highest priority
443  * preempting any task on the cpu and monopolizing it.  This function
444  * returns after all executions are complete.
445  *
446  * This function doesn't guarantee the cpus in @cpumask stay online
447  * till @fn completes.  If some cpus go down in the middle, execution
448  * on the cpu may happen partially or fully on different cpus.  @fn
449  * should either be ready for that or the caller should ensure that
450  * the cpus stay online until this function completes.
451  *
452  * All stop_cpus() calls are serialized making it safe for @fn to wait
453  * for all cpus to start executing it.
454  *
455  * CONTEXT:
456  * Might sleep.
457  *
458  * RETURNS:
459  * -ENOENT if @fn(@arg) was not executed at all because all cpus in
460  * @cpumask were offline; otherwise, 0 if all executions of @fn
461  * returned 0, any non zero return value if any returned non zero.
462  */
463 static int stop_cpus(const struct cpumask *cpumask, cpu_stop_fn_t fn, void *arg)
464 {
465         int ret;
466
467         /* static works are used, process one request at a time */
468         mutex_lock(&stop_cpus_mutex);
469         ret = __stop_cpus(cpumask, fn, arg);
470         mutex_unlock(&stop_cpus_mutex);
471         return ret;
472 }
473
474 static int cpu_stop_should_run(unsigned int cpu)
475 {
476         struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
477         unsigned long flags;
478         int run;
479
480         raw_spin_lock_irqsave(&stopper->lock, flags);
481         run = !list_empty(&stopper->works);
482         raw_spin_unlock_irqrestore(&stopper->lock, flags);
483         return run;
484 }
485
486 static void cpu_stopper_thread(unsigned int cpu)
487 {
488         struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
489         struct cpu_stop_work *work;
490
491 repeat:
492         work = NULL;
493         raw_spin_lock_irq(&stopper->lock);
494         if (!list_empty(&stopper->works)) {
495                 work = list_first_entry(&stopper->works,
496                                         struct cpu_stop_work, list);
497                 list_del_init(&work->list);
498         }
499         raw_spin_unlock_irq(&stopper->lock);
500
501         if (work) {
502                 cpu_stop_fn_t fn = work->fn;
503                 void *arg = work->arg;
504                 struct cpu_stop_done *done = work->done;
505                 int ret;
506
507                 /* cpu stop callbacks must not sleep, make in_atomic() == T */
508                 stopper->caller = work->caller;
509                 stopper->fn = fn;
510                 preempt_count_inc();
511                 ret = fn(arg);
512                 if (done) {
513                         if (ret)
514                                 done->ret = ret;
515                         cpu_stop_signal_done(done);
516                 }
517                 preempt_count_dec();
518                 stopper->fn = NULL;
519                 stopper->caller = 0;
520                 WARN_ONCE(preempt_count(),
521                           "cpu_stop: %ps(%p) leaked preempt count\n", fn, arg);
522                 goto repeat;
523         }
524 }
525
526 void stop_machine_park(int cpu)
527 {
528         struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
529         /*
530          * Lockless. cpu_stopper_thread() will take stopper->lock and flush
531          * the pending works before it parks, until then it is fine to queue
532          * the new works.
533          */
534         stopper->enabled = false;
535         kthread_park(stopper->thread);
536 }
537
538 extern void sched_set_stop_task(int cpu, struct task_struct *stop);
539
540 static void cpu_stop_create(unsigned int cpu)
541 {
542         sched_set_stop_task(cpu, per_cpu(cpu_stopper.thread, cpu));
543 }
544
545 static void cpu_stop_park(unsigned int cpu)
546 {
547         struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
548
549         WARN_ON(!list_empty(&stopper->works));
550 }
551
552 void stop_machine_unpark(int cpu)
553 {
554         struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
555
556         stopper->enabled = true;
557         kthread_unpark(stopper->thread);
558 }
559
560 static struct smp_hotplug_thread cpu_stop_threads = {
561         .store                  = &cpu_stopper.thread,
562         .thread_should_run      = cpu_stop_should_run,
563         .thread_fn              = cpu_stopper_thread,
564         .thread_comm            = "migration/%u",
565         .create                 = cpu_stop_create,
566         .park                   = cpu_stop_park,
567         .selfparking            = true,
568 };
569
570 static int __init cpu_stop_init(void)
571 {
572         unsigned int cpu;
573
574         for_each_possible_cpu(cpu) {
575                 struct cpu_stopper *stopper = &per_cpu(cpu_stopper, cpu);
576
577                 raw_spin_lock_init(&stopper->lock);
578                 INIT_LIST_HEAD(&stopper->works);
579         }
580
581         BUG_ON(smpboot_register_percpu_thread(&cpu_stop_threads));
582         stop_machine_unpark(raw_smp_processor_id());
583         stop_machine_initialized = true;
584         return 0;
585 }
586 early_initcall(cpu_stop_init);
587
588 int stop_machine_cpuslocked(cpu_stop_fn_t fn, void *data,
589                             const struct cpumask *cpus)
590 {
591         struct multi_stop_data msdata = {
592                 .fn = fn,
593                 .data = data,
594                 .num_threads = num_online_cpus(),
595                 .active_cpus = cpus,
596         };
597
598         lockdep_assert_cpus_held();
599
600         if (!stop_machine_initialized) {
601                 /*
602                  * Handle the case where stop_machine() is called
603                  * early in boot before stop_machine() has been
604                  * initialized.
605                  */
606                 unsigned long flags;
607                 int ret;
608
609                 WARN_ON_ONCE(msdata.num_threads != 1);
610
611                 local_irq_save(flags);
612                 hard_irq_disable();
613                 ret = (*fn)(data);
614                 local_irq_restore(flags);
615
616                 return ret;
617         }
618
619         /* Set the initial state and stop all online cpus. */
620         set_state(&msdata, MULTI_STOP_PREPARE);
621         return stop_cpus(cpu_online_mask, multi_cpu_stop, &msdata);
622 }
623
624 int stop_machine(cpu_stop_fn_t fn, void *data, const struct cpumask *cpus)
625 {
626         int ret;
627
628         /* No CPUs can come up or down during this. */
629         cpus_read_lock();
630         ret = stop_machine_cpuslocked(fn, data, cpus);
631         cpus_read_unlock();
632         return ret;
633 }
634 EXPORT_SYMBOL_GPL(stop_machine);
635
636 /**
637  * stop_machine_from_inactive_cpu - stop_machine() from inactive CPU
638  * @fn: the function to run
639  * @data: the data ptr for the @fn()
640  * @cpus: the cpus to run the @fn() on (NULL = any online cpu)
641  *
642  * This is identical to stop_machine() but can be called from a CPU which
643  * is not active.  The local CPU is in the process of hotplug (so no other
644  * CPU hotplug can start) and not marked active and doesn't have enough
645  * context to sleep.
646  *
647  * This function provides stop_machine() functionality for such state by
648  * using busy-wait for synchronization and executing @fn directly for local
649  * CPU.
650  *
651  * CONTEXT:
652  * Local CPU is inactive.  Temporarily stops all active CPUs.
653  *
654  * RETURNS:
655  * 0 if all executions of @fn returned 0, any non zero return value if any
656  * returned non zero.
657  */
658 int stop_machine_from_inactive_cpu(cpu_stop_fn_t fn, void *data,
659                                   const struct cpumask *cpus)
660 {
661         struct multi_stop_data msdata = { .fn = fn, .data = data,
662                                             .active_cpus = cpus };
663         struct cpu_stop_done done;
664         int ret;
665
666         /* Local CPU must be inactive and CPU hotplug in progress. */
667         BUG_ON(cpu_active(raw_smp_processor_id()));
668         msdata.num_threads = num_active_cpus() + 1;     /* +1 for local */
669
670         /* No proper task established and can't sleep - busy wait for lock. */
671         while (!mutex_trylock(&stop_cpus_mutex))
672                 cpu_relax();
673
674         /* Schedule work on other CPUs and execute directly for local CPU */
675         set_state(&msdata, MULTI_STOP_PREPARE);
676         cpu_stop_init_done(&done, num_active_cpus());
677         queue_stop_cpus_work(cpu_active_mask, multi_cpu_stop, &msdata,
678                              &done);
679         ret = multi_cpu_stop(&msdata);
680
681         /* Busy wait for completion. */
682         while (!completion_done(&done.completion))
683                 cpu_relax();
684
685         mutex_unlock(&stop_cpus_mutex);
686         return ret ?: done.ret;
687 }