Branch data Line data Source code
1 : : // Copyright (c) 2009-2010 Satoshi Nakamoto
2 : : // Copyright (c) 2009-2022 The Bitcoin Core developers
3 : : // Distributed under the MIT software license, see the accompanying
4 : : // file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
5 : :
6 : : #ifndef BITCOIN_SYNC_H
7 : : #define BITCOIN_SYNC_H
8 : :
9 : : #ifdef DEBUG_LOCKCONTENTION
10 : : #include <logging.h>
11 : : #include <logging/timer.h>
12 : : #endif
13 : :
14 : : #include <threadsafety.h> // IWYU pragma: export
15 : : #include <util/macros.h>
16 : :
17 : : #include <condition_variable>
18 : : #include <mutex>
19 : : #include <string>
20 : : #include <thread>
21 : :
22 : : ////////////////////////////////////////////////
23 : : // //
24 : : // THE SIMPLE DEFINITION, EXCLUDING DEBUG CODE //
25 : : // //
26 : : ////////////////////////////////////////////////
27 : :
28 : : /*
29 : : RecursiveMutex mutex;
30 : : std::recursive_mutex mutex;
31 : :
32 : : LOCK(mutex);
33 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock(mutex);
34 : :
35 : : LOCK2(mutex1, mutex2);
36 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock1(mutex1);
37 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock2(mutex2);
38 : :
39 : : TRY_LOCK(mutex, name);
40 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> name(mutex, std::try_to_lock_t);
41 : :
42 : : ENTER_CRITICAL_SECTION(mutex); // no RAII
43 : : mutex.lock();
44 : :
45 : : LEAVE_CRITICAL_SECTION(mutex); // no RAII
46 : : mutex.unlock();
47 : : */
48 : :
49 : : ///////////////////////////////
50 : : // //
51 : : // THE ACTUAL IMPLEMENTATION //
52 : : // //
53 : : ///////////////////////////////
54 : :
55 : : #ifdef DEBUG_LOCKORDER
56 : : template <typename MutexType>
57 : : void EnterCritical(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs, bool fTry = false);
58 : : void LeaveCritical();
59 : : void CheckLastCritical(void* cs, std::string& lockname, const char* guardname, const char* file, int line);
60 : : std::string LocksHeld();
61 : : template <typename MutexType>
62 : : void AssertLockHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(cs);
63 : : template <typename MutexType>
64 : : void AssertLockNotHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs);
65 : : void DeleteLock(void* cs);
66 : : bool LockStackEmpty();
67 : :
68 : : /**
69 : : * Call abort() if a potential lock order deadlock bug is detected, instead of
70 : : * just logging information and throwing a logic_error. Defaults to true, and
71 : : * set to false in DEBUG_LOCKORDER unit tests.
72 : : */
73 : : extern bool g_debug_lockorder_abort;
74 : : #else
75 : : template <typename MutexType>
76 : 189220 : inline void EnterCritical(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs, bool fTry = false) {}
77 : 189145 : inline void LeaveCritical() {}
78 : 1916 : inline void CheckLastCritical(void* cs, std::string& lockname, const char* guardname, const char* file, int line) {}
79 : : template <typename MutexType>
80 : 274611 : inline void AssertLockHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(cs) {}
81 : : template <typename MutexType>
82 : 69351 : void AssertLockNotHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) {}
83 : 14464 : inline void DeleteLock(void* cs) {}
84 : : inline bool LockStackEmpty() { return true; }
85 : : #endif
86 : :
87 : : /**
88 : : * Template mixin that adds -Wthread-safety locking annotations and lock order
89 : : * checking to a subset of the mutex API.
90 : : */
91 : : template <typename PARENT>
92 : 0 : class LOCKABLE AnnotatedMixin : public PARENT
93 : : {
94 : : public:
95 : 14464 : ~AnnotatedMixin() {
96 [ + - ]: 14464 : DeleteLock((void*)this);
97 : 14464 : }
98 : :
99 : 400 : void lock() EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION()
100 : : {
101 : 400 : PARENT::lock();
102 : 400 : }
103 : :
104 : 400 : void unlock() UNLOCK_FUNCTION()
105 : : {
106 : 400 : PARENT::unlock();
107 : 400 : }
108 : :
109 : : bool try_lock() EXCLUSIVE_TRYLOCK_FUNCTION(true)
110 : : {
111 : : return PARENT::try_lock();
112 : : }
113 : :
114 : : using unique_lock = std::unique_lock<PARENT>;
115 : : #ifdef __clang__
116 : : //! For negative capabilities in the Clang Thread Safety Analysis.
117 : : //! A negative requirement uses the EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED attribute, in conjunction
118 : : //! with the ! operator, to indicate that a mutex should not be held.
119 : : const AnnotatedMixin& operator!() const { return *this; }
120 : : #endif // __clang__
121 : : };
122 : :
123 : : /**
124 : : * Wrapped mutex: supports recursive locking, but no waiting
125 : : * TODO: We should move away from using the recursive lock by default.
126 : : */
127 : : using RecursiveMutex = AnnotatedMixin<std::recursive_mutex>;
128 : :
129 : : /** Wrapped mutex: supports waiting but not recursive locking */
130 : : using Mutex = AnnotatedMixin<std::mutex>;
131 : :
132 : : /** Different type to mark Mutex at global scope
133 : : *
134 : : * Thread safety analysis can't handle negative assertions about mutexes
135 : : * with global scope well, so mark them with a separate type, and
136 : : * eventually move all the mutexes into classes so they are not globally
137 : : * visible.
138 : : *
139 : : * See: https://github.com/bitcoin/bitcoin/pull/20272#issuecomment-720755781
140 : : */
141 : 0 : class GlobalMutex : public Mutex { };
142 : :
143 : : #define AssertLockHeld(cs) AssertLockHeldInternal(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs)
144 : :
145 : 68095 : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, Mutex* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
146 : 1255 : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, RecursiveMutex* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
147 : : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, GlobalMutex* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
148 : : #define AssertLockNotHeld(cs) AssertLockNotHeldInline(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs)
149 : :
150 : : /** Wrapper around std::unique_lock style lock for MutexType. */
151 : : template <typename MutexType>
152 : : class SCOPED_LOCKABLE UniqueLock : public MutexType::unique_lock
153 : : {
154 : : private:
155 : : using Base = typename MutexType::unique_lock;
156 : :
157 : 187302 : void Enter(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine)
158 : : {
159 : 187302 : EnterCritical(pszName, pszFile, nLine, Base::mutex());
160 : : #ifdef DEBUG_LOCKCONTENTION
161 : : if (Base::try_lock()) return;
162 : : LOG_TIME_MICROS_WITH_CATEGORY(strprintf("lock contention %s, %s:%d", pszName, pszFile, nLine), BCLog::LOCK);
163 : : #endif
164 : 187302 : Base::lock();
165 : 187302 : }
166 : :
167 : 0 : bool TryEnter(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine)
168 : : {
169 : 0 : EnterCritical(pszName, pszFile, nLine, Base::mutex(), true);
170 [ # # ][ # # ]: 0 : if (Base::try_lock()) {
[ # # ]
171 : 0 : return true;
172 : : }
173 : 0 : LeaveCritical();
174 : 0 : return false;
175 : 0 : }
176 : :
177 : : public:
178 : 187108 : UniqueLock(MutexType& mutexIn, const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, bool fTry = false) EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(mutexIn) : Base(mutexIn, std::defer_lock)
179 : : {
180 [ - + ][ # # ]: 187108 : if (fTry)
[ # # ]
181 [ # # ][ # # ]: 0 : TryEnter(pszName, pszFile, nLine);
[ # # ]
182 : : else
183 [ + - ][ # # ]: 187108 : Enter(pszName, pszFile, nLine);
[ # # ]
184 : 187108 : }
185 : :
186 : 201 : UniqueLock(MutexType* pmutexIn, const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, bool fTry = false) EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(pmutexIn)
187 : : {
188 [ + - ]: 201 : if (!pmutexIn) return;
189 : :
190 : 201 : *static_cast<Base*>(this) = Base(*pmutexIn, std::defer_lock);
191 [ + - ]: 201 : if (fTry)
192 [ # # ]: 0 : TryEnter(pszName, pszFile, nLine);
193 : : else
194 [ + - ]: 201 : Enter(pszName, pszFile, nLine);
195 : 201 : }
196 : :
197 : 188818 : ~UniqueLock() UNLOCK_FUNCTION()
198 : : {
199 [ + + ][ # # ]: 188818 : if (Base::owns_lock())
[ # # ]
200 : 187287 : LeaveCritical();
201 : 188818 : }
202 : :
203 : 0 : operator bool()
204 : : {
205 : 0 : return Base::owns_lock();
206 : : }
207 : :
208 : : protected:
209 : : // needed for reverse_lock
210 : 1516 : UniqueLock() { }
211 : :
212 : : public:
213 : : /**
214 : : * An RAII-style reverse lock. Unlocks on construction and locks on destruction.
215 : : */
216 : : class reverse_lock {
217 : : public:
218 [ + - ]: 1516 : explicit reverse_lock(UniqueLock& _lock, const char* _guardname, const char* _file, int _line) : lock(_lock), file(_file), line(_line) {
219 [ + - ]: 1516 : CheckLastCritical((void*)lock.mutex(), lockname, _guardname, _file, _line);
220 [ + - ]: 1516 : lock.unlock();
221 : 1516 : LeaveCritical();
222 : 1516 : lock.swap(templock);
223 : 1516 : }
224 : :
225 : 1516 : ~reverse_lock() {
226 : 1516 : templock.swap(lock);
227 : 1516 : EnterCritical(lockname.c_str(), file.c_str(), line, lock.mutex());
228 [ + - ]: 1516 : lock.lock();
229 : 1516 : }
230 : :
231 : : private:
232 : : reverse_lock(reverse_lock const&);
233 : : reverse_lock& operator=(reverse_lock const&);
234 : :
235 : : UniqueLock& lock;
236 : : UniqueLock templock;
237 : : std::string lockname;
238 : : const std::string file;
239 : : const int line;
240 : : };
241 : : friend class reverse_lock;
242 : : };
243 : :
244 : : #define REVERSE_LOCK(g) typename std::decay<decltype(g)>::type::reverse_lock UNIQUE_NAME(revlock)(g, #g, __FILE__, __LINE__)
245 : :
246 : : // When locking a Mutex, require negative capability to ensure the lock
247 : : // is not already held
248 : 118762 : inline Mutex& MaybeCheckNotHeld(Mutex& cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) LOCK_RETURNED(cs) { return cs; }
249 : : inline Mutex* MaybeCheckNotHeld(Mutex* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) LOCK_RETURNED(cs) { return cs; }
250 : :
251 : : // When locking a GlobalMutex or RecursiveMutex, just check it is not
252 : : // locked in the surrounding scope.
253 : : template <typename MutexType>
254 : 81421 : inline MutexType& MaybeCheckNotHeld(MutexType& m) LOCKS_EXCLUDED(m) LOCK_RETURNED(m) { return m; }
255 : : template <typename MutexType>
256 : 201 : inline MutexType* MaybeCheckNotHeld(MutexType* m) LOCKS_EXCLUDED(m) LOCK_RETURNED(m) { return m; }
257 : :
258 : : #define LOCK(cs) UniqueLock UNIQUE_NAME(criticalblock)(MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__)
259 : : #define LOCK2(cs1, cs2) \
260 : : UniqueLock criticalblock1(MaybeCheckNotHeld(cs1), #cs1, __FILE__, __LINE__); \
261 : : UniqueLock criticalblock2(MaybeCheckNotHeld(cs2), #cs2, __FILE__, __LINE__)
262 : : #define TRY_LOCK(cs, name) UniqueLock name(MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__, true)
263 : : #define WAIT_LOCK(cs, name) UniqueLock name(MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__)
264 : :
265 : : #define ENTER_CRITICAL_SECTION(cs) \
266 : : { \
267 : : EnterCritical(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs); \
268 : : (cs).lock(); \
269 : : }
270 : :
271 : : #define LEAVE_CRITICAL_SECTION(cs) \
272 : : { \
273 : : std::string lockname; \
274 : : CheckLastCritical((void*)(&cs), lockname, #cs, __FILE__, __LINE__); \
275 : : (cs).unlock(); \
276 : : LeaveCritical(); \
277 : : }
278 : :
279 : : //! Run code while locking a mutex.
280 : : //!
281 : : //! Examples:
282 : : //!
283 : : //! WITH_LOCK(cs, shared_val = shared_val + 1);
284 : : //!
285 : : //! int val = WITH_LOCK(cs, return shared_val);
286 : : //!
287 : : //! Note:
288 : : //!
289 : : //! Since the return type deduction follows that of decltype(auto), while the
290 : : //! deduced type of:
291 : : //!
292 : : //! WITH_LOCK(cs, return {int i = 1; return i;});
293 : : //!
294 : : //! is int, the deduced type of:
295 : : //!
296 : : //! WITH_LOCK(cs, return {int j = 1; return (j);});
297 : : //!
298 : : //! is &int, a reference to a local variable
299 : : //!
300 : : //! The above is detectable at compile-time with the -Wreturn-local-addr flag in
301 : : //! gcc and the -Wreturn-stack-address flag in clang, both enabled by default.
302 : : #define WITH_LOCK(cs, code) (MaybeCheckNotHeld(cs), [&]() -> decltype(auto) { LOCK(cs); code; }())
303 : :
304 : : /** An implementation of a semaphore.
305 : : *
306 : : * See https://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_(programming)
307 : : */
308 : 0 : class CSemaphore
309 : : {
310 : : private:
311 : : std::condition_variable condition;
312 : : std::mutex mutex;
313 : : int value;
314 : :
315 : : public:
316 : 2 : explicit CSemaphore(int init) noexcept : value(init) {}
317 : :
318 : : // Disallow default construct, copy, move.
319 : : CSemaphore() = delete;
320 : : CSemaphore(const CSemaphore&) = delete;
321 : : CSemaphore(CSemaphore&&) = delete;
322 : : CSemaphore& operator=(const CSemaphore&) = delete;
323 : : CSemaphore& operator=(CSemaphore&&) = delete;
324 : :
325 : 16 : void wait() noexcept
326 : : {
327 [ + - ]: 16 : std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
328 [ + - ]: 32 : condition.wait(lock, [&]() { return value >= 1; });
329 : 16 : value--;
330 : 16 : }
331 : :
332 : 0 : bool try_wait() noexcept
333 : : {
334 [ # # ]: 0 : std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
335 [ # # ]: 0 : if (value < 1) {
336 : 0 : return false;
337 : : }
338 : 0 : value--;
339 : 0 : return true;
340 : 0 : }
341 : :
342 : 34 : void post() noexcept
343 : : {
344 : : {
345 [ + - ]: 34 : std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
346 : 34 : value++;
347 : 34 : }
348 : 34 : condition.notify_one();
349 : 34 : }
350 : : };
351 : :
352 : : /** RAII-style semaphore lock */
353 : : class CSemaphoreGrant
354 : : {
355 : : private:
356 : : CSemaphore* sem;
357 : : bool fHaveGrant;
358 : :
359 : : public:
360 : 16 : void Acquire() noexcept
361 : : {
362 [ - + ]: 16 : if (fHaveGrant) {
363 : 0 : return;
364 : : }
365 : 16 : sem->wait();
366 : 16 : fHaveGrant = true;
367 : 16 : }
368 : :
369 : 592 : void Release() noexcept
370 : : {
371 [ + + ]: 592 : if (!fHaveGrant) {
372 : 576 : return;
373 : : }
374 : 16 : sem->post();
375 : 16 : fHaveGrant = false;
376 : 592 : }
377 : :
378 : 0 : bool TryAcquire() noexcept
379 : : {
380 [ # # ][ # # ]: 0 : if (!fHaveGrant && sem->try_wait()) {
381 : 0 : fHaveGrant = true;
382 : 0 : }
383 : 0 : return fHaveGrant;
384 : : }
385 : :
386 : : // Disallow copy.
387 : : CSemaphoreGrant(const CSemaphoreGrant&) = delete;
388 : : CSemaphoreGrant& operator=(const CSemaphoreGrant&) = delete;
389 : :
390 : : // Allow move.
391 : 0 : CSemaphoreGrant(CSemaphoreGrant&& other) noexcept
392 : : {
393 : 0 : sem = other.sem;
394 : 0 : fHaveGrant = other.fHaveGrant;
395 : 0 : other.fHaveGrant = false;
396 : 0 : other.sem = nullptr;
397 : 0 : }
398 : :
399 : 144 : CSemaphoreGrant& operator=(CSemaphoreGrant&& other) noexcept
400 : : {
401 : 144 : Release();
402 : 144 : sem = other.sem;
403 : 144 : fHaveGrant = other.fHaveGrant;
404 : 144 : other.fHaveGrant = false;
405 : 144 : other.sem = nullptr;
406 : 144 : return *this;
407 : : }
408 : :
409 : 288 : CSemaphoreGrant() noexcept : sem(nullptr), fHaveGrant(false) {}
410 : :
411 : 16 : explicit CSemaphoreGrant(CSemaphore& sema, bool fTry = false) noexcept : sem(&sema), fHaveGrant(false)
412 : : {
413 [ - + ]: 16 : if (fTry) {
414 : 0 : TryAcquire();
415 : 0 : } else {
416 : 16 : Acquire();
417 : : }
418 : 16 : }
419 : :
420 : 304 : ~CSemaphoreGrant()
421 : : {
422 : 304 : Release();
423 : 304 : }
424 : :
425 : 0 : explicit operator bool() const noexcept
426 : : {
427 : 0 : return fHaveGrant;
428 : : }
429 : : };
430 : :
431 : : #endif // BITCOIN_SYNC_H
|
