linuxthreads/pthread.c

   1 /* Linuxthreads - a simple clone()-based implementation of Posix        */
   2 /* threads for Linux.                                                   */
   3 /* Copyright (C) 1996 Xavier Leroy (Xavier.Leroy@inria.fr)              */
   4 /*                                                                      */
   5 /* This program is free software; you can redistribute it and/or        */
   6 /* modify it under the terms of the GNU Library General Public License  */
   7 /* as published by the Free Software Foundation; either version 2       */
   8 /* of the License, or (at your option) any later version.               */
   9 /*                                                                      */
  10 /* This program is distributed in the hope that it will be useful,      */
  11 /* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of       */
  12 /* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the        */
  13 /* GNU Library General Public License for more details.                 */
  14
  15 /* Thread creation, initialization, and basic low-level routines */
  16
  17 #include <stddef.h>
  18 #include <stdio.h>
  19 #include <stdlib.h>
  20 #include <string.h>
  21 #include <unistd.h>
  22 #include <fcntl.h>
  23 #include <sys/wait.h>
  24 #include "pthread.h"
  25 #include "internals.h"
  26 #include "spinlock.h"
  27 #include "restart.h"
  28
  29 /* Descriptor of the initial thread */
  30
  31 struct _pthread_descr_struct __pthread_initial_thread = {
  32   &__pthread_initial_thread,  /* pthread_descr p_nextlive */
  33   &__pthread_initial_thread,  /* pthread_descr p_prevlive */
  34   NULL,                       /* pthread_descr p_nextwaiting */
  35   PTHREAD_THREADS_MAX,        /* pthread_t p_tid */
  36   0,                          /* int p_pid */
  37   0,                          /* int p_priority */
  38   &__pthread_handles[0].h_lock, /* struct _pthread_fastlock * p_lock */
  39   0,                          /* int p_signal */
  40   NULL,                       /* sigjmp_buf * p_signal_buf */
  41   NULL,                       /* sigjmp_buf * p_cancel_buf */
  42   0,                          /* char p_terminated */
  43   0,                          /* char p_detached */
  44   0,                          /* char p_exited */
  45   NULL,                       /* void * p_retval */
  46   0,                          /* int p_retval */
  47   NULL,                       /* pthread_descr p_joining */
  48   NULL,                       /* struct _pthread_cleanup_buffer * p_cleanup */
  49   0,                          /* char p_cancelstate */
  50   0,                          /* char p_canceltype */
  51   0,                          /* char p_canceled */
  52   NULL,                       /* int *p_errnop */
  53   0,                          /* int p_errno */
  54   NULL,                       /* int *p_h_errnop */
  55   0,                          /* int p_h_errno */
  56   NULL,                       /* char * p_in_sighandler */
  57   0,                          /* char p_sigwaiting */
  58   PTHREAD_START_ARGS_INITIALIZER, /* struct pthread_start_args p_start_args */
  59   {NULL}                      /* void * p_specific[PTHREAD_KEYS_MAX] */
  60 };
  61
  62 /* Descriptor of the manager thread; none of this is used but the error
  63    variables, the p_pid and p_priority fields,
  64    and the address for identification.  */
  65
  66 struct _pthread_descr_struct __pthread_manager_thread = {
  67   NULL,                       /* pthread_descr p_nextlive */
  68   NULL,                       /* pthread_descr p_prevlive */
  69   NULL,                       /* pthread_descr p_nextwaiting */
  70   0,                          /* int p_tid */
  71   0,                          /* int p_pid */
  72   0,                          /* int p_priority */
  73   NULL,                       /* struct _pthread_fastlock * p_lock */
  74   0,                          /* int p_signal */
  75   NULL,                       /* sigjmp_buf * p_signal_buf */
  76   NULL,                       /* sigjmp_buf * p_cancel_buf */
  77   0,                          /* char p_terminated */
  78   0,                          /* char p_detached */
  79   0,                          /* char p_exited */
  80   NULL,                       /* void * p_retval */
  81   0,                          /* int p_retval */
  82   NULL,                       /* pthread_descr p_joining */
  83   NULL,                       /* struct _pthread_cleanup_buffer * p_cleanup */
  84   0,                          /* char p_cancelstate */
  85   0,                          /* char p_canceltype */
  86   0,                          /* char p_canceled */
  87   NULL,                       /* int *p_errnop */
  88   0,                          /* int p_errno */
  89   NULL,                       /* int *p_h_errnop */
  90   0,                          /* int p_h_errno */
  91   NULL,                       /* char * p_in_sighandler */
  92   0,                          /* char p_sigwaiting */
  93   PTHREAD_START_ARGS_INITIALIZER, /* struct pthread_start_args p_start_args */
  94   {NULL}                      /* void * p_specific[PTHREAD_KEYS_MAX] */
  95 };
  96
  97 /* Pointer to the main thread (the father of the thread manager thread) */
  98 /* Originally, this is the initial thread, but this changes after fork() */
  99
 100 pthread_descr __pthread_main_thread = &__pthread_initial_thread;
 101
 102 /* Limit between the stack of the initial thread (above) and the
 103    stacks of other threads (below). Aligned on a STACK_SIZE boundary. */
 104
 105 char *__pthread_initial_thread_bos = NULL;
 106
 107 /* File descriptor for sending requests to the thread manager. */
 108 /* Initially -1, meaning that the thread manager is not running. */
 109
 110 int __pthread_manager_request = -1;
 111
 112 /* Other end of the pipe for sending requests to the thread manager. */
 113
 114 int __pthread_manager_reader;
 115
 116 /* Limits of the thread manager stack */
 117
 118 char *__pthread_manager_thread_bos = NULL;
 119 char *__pthread_manager_thread_tos = NULL;
 120
 121 /* For process-wide exit() */
 122
 123 int __pthread_exit_requested = 0;
 124 int __pthread_exit_code = 0;
 125
 126 /* Communicate relevant LinuxThreads constants to gdb */
 127
 128 const int __pthread_threads_max = PTHREAD_THREADS_MAX;
 129 const int __pthread_sizeof_handle = sizeof(struct pthread_handle_struct);
 130 const int __pthread_offsetof_descr = offsetof(struct pthread_handle_struct,
 131                                               h_descr);
 132 const int __pthread_offsetof_pid = offsetof(struct _pthread_descr_struct,
 133                                             p_pid);
 134
 135 /* Signal numbers used for the communication.  */
 136 int __pthread_sig_restart;
 137 int __pthread_sig_cancel;
 138
 139 /* These variables are used by the setup code.  */
 140 extern int _errno;
 141 extern int _h_errno;
 142
 143 /* Forward declarations */
 144
 145 static void pthread_exit_process(int retcode, void *arg);
 146 static void pthread_handle_sigcancel(int sig);
 147 static void pthread_handle_sigrestart(int sig);
 148
 149 /* Initialize the pthread library.
 150    Initialization is split in two functions:
 151    - a constructor function that blocks the PTHREAD_SIG_RESTART signal
 152      (must do this very early, since the program could capture the signal
 153       mask with e.g. sigsetjmp before creating the first thread);
 154    - a regular function called from pthread_create when needed. */
 155
 156 static void pthread_initialize(void) __attribute__((constructor));
 157
 158 static void pthread_initialize(void)
 159 {
 160   struct sigaction sa;
 161   sigset_t mask;
 162
 163   /* If already done (e.g. by a constructor called earlier!), bail out */
 164   if (__pthread_initial_thread_bos != NULL) return;
 165 #ifdef TEST_FOR_COMPARE_AND_SWAP
 166   /* Test if compare-and-swap is available */
 167   __pthread_has_cas = compare_and_swap_is_available();
 168 #endif
 169   /* For the initial stack, reserve at least STACK_SIZE bytes of stack
 170      below the current stack address, and align that on a
 171      STACK_SIZE boundary. */
 172   __pthread_initial_thread_bos =
 173     (char *)(((long)CURRENT_STACK_FRAME - 2 * STACK_SIZE) & ~(STACK_SIZE - 1));
 174   /* Update the descriptor for the initial thread. */
 175   __pthread_initial_thread.p_pid = __getpid();
 176   /* If we have special thread_self processing, initialize that for the
 177      main thread now.  */
 178 #ifdef INIT_THREAD_SELF
 179   INIT_THREAD_SELF(&__pthread_initial_thread);
 180 #endif
 181   /* The errno/h_errno variable of the main thread are the global ones.  */
 182   __pthread_initial_thread.p_errnop = &_errno;
 183   __pthread_initial_thread.p_h_errnop = &_h_errno;
 184 #ifdef SIGRTMIN
 185   /* Allocate the signals used.  */
 186   __pthread_sig_restart = __libc_allocate_rtsig (1);
 187   __pthread_sig_cancel = __libc_allocate_rtsig (1);
 188   if (__pthread_sig_restart < 0 || __pthread_sig_cancel < 0)
 189     {
 190       /* The kernel does not support real-time signals.  Use as before
 191          the available signals in the fixed set.  */
 192       __pthread_sig_restart = SIGUSR1;
 193       __pthread_sig_cancel = SIGUSR2;
 194     }
 195 #endif
 196   /* Setup signal handlers for the initial thread.
 197      Since signal handlers are shared between threads, these settings
 198      will be inherited by all other threads. */
 199   sa.sa_handler = pthread_handle_sigrestart;
 200   sigemptyset(&sa.sa_mask);
 201   sa.sa_flags = SA_RESTART; /* does not matter for regular threads, but
 202                                better for the thread manager */
 203   __sigaction(PTHREAD_SIG_RESTART, &sa, NULL);
 204   sa.sa_handler = pthread_handle_sigcancel;
 205   sa.sa_flags = 0;
 206   __sigaction(PTHREAD_SIG_CANCEL, &sa, NULL);
 207
 208   /* Initially, block PTHREAD_SIG_RESTART. Will be unblocked on demand. */
 209   sigemptyset(&mask);
 210   sigaddset(&mask, PTHREAD_SIG_RESTART);
 211   sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);
 212   /* Register an exit function to kill all other threads. */
 213   /* Do it early so that user-registered atexit functions are called
 214      before pthread_exit_process. */
 215   __on_exit(pthread_exit_process, NULL);
 216 }
 217
 218 void __pthread_initialize(void)
 219 {
 220   pthread_initialize();
 221 }
 222
 223 int __pthread_initialize_manager(void)
 224 {
 225   int manager_pipe[2];
 226   int pid;
 227   struct pthread_request request;
 228
 229   /* If basic initialization not done yet (e.g. we're called from a
 230      constructor run before our constructor), do it now */
 231   if (__pthread_initial_thread_bos == NULL) pthread_initialize();
 232   /* Setup stack for thread manager */
 233   __pthread_manager_thread_bos = malloc(THREAD_MANAGER_STACK_SIZE);
 234   if (__pthread_manager_thread_bos == NULL) return -1;
 235   __pthread_manager_thread_tos =
 236     __pthread_manager_thread_bos + THREAD_MANAGER_STACK_SIZE;
 237   /* Setup pipe to communicate with thread manager */
 238   if (pipe(manager_pipe) == -1) {
 239     free(__pthread_manager_thread_bos);
 240     return -1;
 241   }
 242   /* Start the thread manager */
 243   pid = __clone(__pthread_manager, (void **) __pthread_manager_thread_tos,
 244                 CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND,
 245                 (void *)(long)manager_pipe[0]);
 246   if (pid == -1) {
 247     free(__pthread_manager_thread_bos);
 248     __libc_close(manager_pipe[0]);
 249     __libc_close(manager_pipe[1]);
 250     return -1;
 251   }
 252   __pthread_manager_request = manager_pipe[1]; /* writing end */
 253   __pthread_manager_reader = manager_pipe[0]; /* reading end */
 254   __pthread_manager_thread.p_pid = pid;
 255   /* Make gdb aware of new thread manager */
 256   if (__pthread_threads_debug) raise(PTHREAD_SIG_CANCEL);
 257   /* Synchronize debugging of the thread manager */
 258   request.req_kind = REQ_DEBUG;
 259   __libc_write(__pthread_manager_request, (char *) &request, sizeof(request));
 260   return 0;
 261 }
 262
 263 /* Thread creation */
 264
 265 int __pthread_create_2_1(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
 266                          void * (*start_routine)(void *), void *arg)
 267 {
 268   pthread_descr self = thread_self();
 269   struct pthread_request request;
 270   if (__pthread_manager_request < 0) {
 271     if (__pthread_initialize_manager() < 0) return EAGAIN;
 272   }
 273   request.req_thread = self;
 274   request.req_kind = REQ_CREATE;
 275   request.req_args.create.attr = attr;
 276   request.req_args.create.fn = start_routine;
 277   request.req_args.create.arg = arg;
 278   sigprocmask(SIG_SETMASK, (const sigset_t *) NULL,
 279               &request.req_args.create.mask);
 280   __libc_write(__pthread_manager_request, (char *) &request, sizeof(request));
 281   suspend(self);
 282   if (self->p_retcode == 0) *thread = (pthread_t) self->p_retval;
 283   return self->p_retcode;
 284 }
 285
 286 #if defined HAVE_ELF && defined PIC && defined DO_VERSIONING
 287 default_symbol_version (__pthread_create_2_1, pthread_create, GLIBC_2.1);
 288
 289 int __pthread_create_2_0(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
 290                          void * (*start_routine)(void *), void *arg)
 291 {
 292   /* The ATTR attribute is not really of type `pthread_attr_t *'.  It has
 293      the old size and access to the new members might crash the program.
 294      We convert the struct now.  */
 295   pthread_attr_t new_attr;
 296
 297   if (attr != NULL)
 298     {
 299       size_t ps = __getpagesize ();
 300
 301       memcpy (&new_attr, attr, (size_t) &(((pthread_attr_t*)NULL)->guardsize));
 302       new_attr.guardsize = ps;
 303       new_attr.stackaddr_set = 0;
 304       new_attr.stackaddr = NULL;
 305       new_attr.stacksize = STACK_SIZE - ps;
 306       attr = &new_attr;
 307     }
 308   return __pthread_create_2_1 (thread, attr, start_routine, arg);
 309 }
 310 symbol_version (__pthread_create_2_0, pthread_create, GLIBC_2.0);
 311 #else
 312 strong_alias (__pthread_create_2_1, pthread_create)
 313 #endif
 314
 315 /* Simple operations on thread identifiers */
 316
 317 pthread_t pthread_self(void)
 318 {
 319   pthread_descr self = thread_self();
 320   return self->p_tid;
 321 }
 322
 323 int pthread_equal(pthread_t thread1, pthread_t thread2)
 324 {
 325   return thread1 == thread2;
 326 }
 327
 328 /* Helper function for thread_self in the case of user-provided stacks */
 329
 330 #ifndef THREAD_SELF
 331
 332 pthread_descr __pthread_find_self()
 333 {
 334   char * sp = CURRENT_STACK_FRAME;
 335   pthread_handle h;
 336
 337   /* __pthread_handles[0] is the initial thread, handled specially in
 338      thread_self(), so start at 1 */
 339   h = __pthread_handles + 1;
 340   while (! (sp <= (char *) h->h_descr && sp >= h->h_bottom)) h++;
 341   return h->h_descr;
 342 }
 343
 344 #endif
 345
 346 /* Thread scheduling */
 347
 348 int pthread_setschedparam(pthread_t thread, int policy,
 349                           const struct sched_param *param)
 350 {
 351   pthread_handle handle = thread_handle(thread);
 352   pthread_descr th;
 353
 354   __pthread_lock(&handle->h_lock);
 355   if (invalid_handle(handle, thread)) {
 356     __pthread_unlock(&handle->h_lock);
 357     return ESRCH;
 358   }
 359   th = handle->h_descr;
 360   if (__sched_setscheduler(th->p_pid, policy, param) == -1) {
 361     __pthread_unlock(&handle->h_lock);
 362     return errno;
 363   }
 364   th->p_priority = policy == SCHED_OTHER ? 0 : param->sched_priority;
 365   __pthread_unlock(&handle->h_lock);
 366   if (__pthread_manager_request >= 0)
 367     __pthread_manager_adjust_prio(th->p_priority);
 368   return 0;
 369 }
 370
 371 int pthread_getschedparam(pthread_t thread, int *policy,
 372                           struct sched_param *param)
 373 {
 374   pthread_handle handle = thread_handle(thread);
 375   int pid, pol;
 376
 377   __pthread_lock(&handle->h_lock);
 378   if (invalid_handle(handle, thread)) {
 379     __pthread_unlock(&handle->h_lock);
 380     return ESRCH;
 381   }
 382   pid = handle->h_descr->p_pid;
 383   __pthread_unlock(&handle->h_lock);
 384   pol = __sched_getscheduler(pid);
 385   if (pol == -1) return errno;
 386   if (__sched_getparam(pid, param) == -1) return errno;
 387   *policy = pol;
 388   return 0;
 389 }
 390
 391 /* Process-wide exit() request */
 392
 393 static void pthread_exit_process(int retcode, void *arg)
 394 {
 395   struct pthread_request request;
 396   pthread_descr self = thread_self();
 397
 398   if (__pthread_manager_request >= 0) {
 399     request.req_thread = self;
 400     request.req_kind = REQ_PROCESS_EXIT;
 401     request.req_args.exit.code = retcode;
 402     __libc_write(__pthread_manager_request,
 403                  (char *) &request, sizeof(request));
 404     suspend(self);
 405     /* Main thread should accumulate times for thread manager and its
 406        children, so that timings for main thread account for all threads. */
 407     if (self == __pthread_main_thread)
 408       waitpid(__pthread_manager_thread.p_pid, NULL, __WCLONE);
 409   }
 410 }
 411
 412 /* The handler for the RESTART signal just records the signal received
 413    in the thread descriptor, and optionally performs a siglongjmp
 414    (for pthread_cond_timedwait).
 415    For the thread manager thread, redirect the signal to
 416    __pthread_manager_sighandler. */
 417
 418 static void pthread_handle_sigrestart(int sig)
 419 {
 420   pthread_descr self = thread_self();
 421   if (self == &__pthread_manager_thread) {
 422     __pthread_manager_sighandler(sig);
 423   } else {
 424     self->p_signal = sig;
 425     if (self->p_signal_jmp != NULL) siglongjmp(*self->p_signal_jmp, 1);
 426   }
 427 }
 428
 429 /* The handler for the CANCEL signal checks for cancellation
 430    (in asynchronous mode), for process-wide exit and exec requests.
 431    For the thread manager thread, we ignore the signal.
 432    The debugging strategy is as follows:
 433    On reception of a REQ_DEBUG request (sent by new threads created to
 434    the thread manager under debugging mode), the thread manager throws
 435    PTHREAD_SIG_CANCEL to itself. The debugger (if active) intercepts
 436    this signal, takes into account new threads and continue execution
 437    of the thread manager by propagating the signal because it doesn't
 438    know what it is specifically done for. In the current implementation,
 439    the thread manager simply discards it. */
 440
 441 static void pthread_handle_sigcancel(int sig)
 442 {
 443   pthread_descr self = thread_self();
 444   sigjmp_buf * jmpbuf;
 445
 446   if (self == &__pthread_manager_thread)
 447     return;
 448   if (__pthread_exit_requested) {
 449     /* Main thread should accumulate times for thread manager and its
 450        children, so that timings for main thread account for all threads. */
 451     if (self == __pthread_main_thread)
 452       waitpid(__pthread_manager_thread.p_pid, NULL, __WCLONE);
 453     _exit(__pthread_exit_code);
 454   }
 455   if (self->p_canceled && self->p_cancelstate == PTHREAD_CANCEL_ENABLE) {
 456     if (self->p_canceltype == PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS)
 457       pthread_exit(PTHREAD_CANCELED);
 458     jmpbuf = self->p_cancel_jmp;
 459     if (jmpbuf != NULL) {
 460       self->p_cancel_jmp = NULL;
 461       siglongjmp(*jmpbuf, 1);
 462     }
 463   }
 464 }
 465
 466 /* Reset the state of the thread machinery after a fork().
 467    Close the pipe used for requests and set the main thread to the forked
 468    thread.
 469    Notice that we can't free the stack segments, as the forked thread
 470    may hold pointers into them. */
 471
 472 void __pthread_reset_main_thread()
 473 {
 474   pthread_descr self = thread_self();
 475
 476   if (__pthread_manager_request != -1) {
 477     /* Free the thread manager stack */
 478     free(__pthread_manager_thread_bos);
 479     __pthread_manager_thread_bos = __pthread_manager_thread_tos = NULL;
 480     /* Close the two ends of the pipe */
 481     __libc_close(__pthread_manager_request);
 482     __libc_close(__pthread_manager_reader);
 483     __pthread_manager_request = __pthread_manager_reader = -1;
 484   }
 485   /* Update the pid of the main thread */
 486   self->p_pid = __getpid();
 487   /* Make the forked thread the main thread */
 488   __pthread_main_thread = self;
 489   self->p_nextlive = self;
 490   self->p_prevlive = self;
 491   /* Now this thread modifies the global variables.  */
 492   self->p_errnop = &_errno;
 493   self->p_h_errnop = &_h_errno;
 494 }
 495
 496 /* Process-wide exec() request */
 497
 498 void __pthread_kill_other_threads_np(void)
 499 {
 500   /* Terminate all other threads and thread manager */
 501   pthread_exit_process(0, NULL);
 502   /* Make current thread the main thread in case the calling thread
 503      changes its mind, does not exec(), and creates new threads instead. */
 504   __pthread_reset_main_thread();
 505 }
 506 weak_alias (__pthread_kill_other_threads_np, pthread_kill_other_threads_np)
 507
 508 /* Concurrency symbol level.  */
 509 static int current_level;
 510
 511 int __pthread_setconcurrency(int level)
 512 {
 513   /* We don't do anything unless we have found a useful interpretation.  */
 514   current_level = level;
 515   return 0;
 516 }
 517 weak_alias (__pthread_setconcurrency, pthread_setconcurrency)
 518
 519 int __pthread_getconcurrency(void)
 520 {
 521   return current_level;
 522 }
 523 weak_alias (__pthread_getconcurrency, pthread_getconcurrency)
 524
 525 /* Debugging aid */
 526
 527 #ifdef DEBUG
 528 #include <stdarg.h>
 529
 530 void __pthread_message(char * fmt, ...)
 531 {
 532   char buffer[1024];
 533   va_list args;
 534   sprintf(buffer, "%05d : ", __getpid());
 535   va_start(args, fmt);
 536   vsnprintf(buffer + 8, sizeof(buffer) - 8, fmt, args);
 537   va_end(args);
 538   __libc_write(2, buffer, strlen(buffer));
 539 }
 540
 541 #endif
 542
 543
 544 #ifndef PIC
 545 /* We need a hook to force the cancelation wrappers to be linked in when
 546    static libpthread is used.  */
 547 extern const int __pthread_provide_wrappers;
 548 static const int *const __pthread_require_wrappers =
 549   &__pthread_provide_wrappers;
 550 #endif