Branch data Line data Source code
1 : : // Copyright (c) 2009-2010 Satoshi Nakamoto
2 : : // Copyright (c) 2009-present 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 : : // This header declares threading primitives compatible with Clang
10 : : // Thread Safety Analysis and provides appropriate annotation macros.
11 : : #include <threadsafety.h> // IWYU pragma: export
12 : : #include <util/macros.h>
13 : :
14 : : #include <cassert>
15 : : #include <condition_variable>
16 : : #include <mutex>
17 : : #include <string>
18 : : #include <thread>
19 : :
20 : : ////////////////////////////////////////////////
21 : : // //
22 : : // THE SIMPLE DEFINITION, EXCLUDING DEBUG CODE //
23 : : // //
24 : : ////////////////////////////////////////////////
25 : :
26 : : /*
27 : : RecursiveMutex mutex;
28 : : std::recursive_mutex mutex;
29 : :
30 : : LOCK(mutex);
31 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock(mutex);
32 : :
33 : : LOCK2(mutex1, mutex2);
34 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock1(mutex1);
35 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock2(mutex2);
36 : :
37 : : TRY_LOCK(mutex, name);
38 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> name(mutex, std::try_to_lock_t);
39 : : */
40 : :
41 : : ///////////////////////////////
42 : : // //
43 : : // THE ACTUAL IMPLEMENTATION //
44 : : // //
45 : : ///////////////////////////////
46 : :
47 : : #ifdef DEBUG_LOCKORDER
48 : : template <typename MutexType>
49 : : void EnterCritical(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs, bool fTry = false);
50 : : void LeaveCritical();
51 : : void CheckLastCritical(void* cs, std::string& lockname, const char* guardname, const char* file, int line);
52 : : template <typename MutexType>
53 : : void AssertLockHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(cs);
54 : : template <typename MutexType>
55 : : void AssertLockNotHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs);
56 : : void DeleteLock(void* cs);
57 : : bool LockStackEmpty();
58 : :
59 : : /**
60 : : * Call abort() if a potential lock order deadlock bug is detected, instead of
61 : : * just logging information and throwing a logic_error. Defaults to true, and
62 : : * set to false in DEBUG_LOCKORDER unit tests.
63 : : */
64 : : extern bool g_debug_lockorder_abort;
65 : : #else
66 : : template <typename MutexType>
67 : 85578 : inline void EnterCritical(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs, bool fTry = false) {}
68 [ + - + - : 10697066 : inline void LeaveCritical() {}
+ - + - #
# ][ + - +
- + - + -
+ - ]
[ + - + - ]
[ + - # # ]
[ + - + -
+ - ][ + -
+ - + - +
- + - +
- ]
69 : 85579 : inline void CheckLastCritical(void* cs, std::string& lockname, const char* guardname, const char* file, int line) {}
70 : : template <typename MutexType>
71 : 46259 : inline void AssertLockHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(cs) {}
72 : : template <typename MutexType>
73 : : void AssertLockNotHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) {}
74 : 55141 : inline void DeleteLock(void* cs) {}
75 : : inline bool LockStackEmpty() { return true; }
76 : : #endif
77 : :
78 : : /*
79 : : * Called when a mutex fails to lock immediately because it is held by another
80 : : * thread, or spuriously. Responsible for locking the lock before returning.
81 : : */
82 : : #ifdef DEBUG_LOCKCONTENTION
83 : :
84 : : template <typename LockType>
85 : : void ContendedLock(std::string_view name, std::string_view file, int nLine, LockType& lock);
86 : : #endif
87 : :
88 : : /**
89 : : * Template mixin that adds -Wthread-safety locking annotations and lock order
90 : : * checking to a subset of the mutex API.
91 : : */
92 : : template <typename PARENT>
93 [ + + ]: 54871 : class LOCKABLE AnnotatedMixin : public PARENT
[ + - + + ]
[ + - + -
+ - + - +
- + - ][ +
- - + + -
# # # # #
# # # #
# ][ + - +
+ + - + -
+ - + - +
+ - + ]
94 : : {
95 : : public:
96 : 55141 : ~AnnotatedMixin() {
97 : 55138 : DeleteLock((void*)this);
98 [ + - - - : 53697 : }
- - ]
99 : :
100 : : void lock() EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION()
101 : : {
102 : : PARENT::lock();
103 : : }
104 : :
105 : : void unlock() UNLOCK_FUNCTION()
106 : : {
107 : : PARENT::unlock();
108 : : }
109 : :
110 : 200 : bool try_lock() EXCLUSIVE_TRYLOCK_FUNCTION(true)
111 : : {
112 : 200 : return PARENT::try_lock();
113 : : }
114 : :
115 : : using unique_lock = std::unique_lock<PARENT>;
116 : : #ifdef __clang__
117 : : //! For negative capabilities in the Clang Thread Safety Analysis.
118 : : //! A negative requirement uses the EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED attribute, in conjunction
119 : : //! with the ! operator, to indicate that a mutex should not be held.
120 : : const AnnotatedMixin& operator!() const { return *this; }
121 : : #endif // __clang__
122 : : };
123 : :
124 : : /**
125 : : * Wrapped mutex: supports recursive locking, but no waiting
126 : : * TODO: We should move away from using the recursive lock by default.
127 : : */
128 : : using RecursiveMutex = AnnotatedMixin<std::recursive_mutex>;
129 : :
130 : : /** Wrapped mutex: supports waiting but not recursive locking */
131 : : using Mutex = AnnotatedMixin<std::mutex>;
132 : :
133 : : /** Different type to mark Mutex at global scope
134 : : *
135 : : * Thread safety analysis can't handle negative assertions about mutexes
136 : : * with global scope well, so mark them with a separate type, and
137 : : * eventually move all the mutexes into classes so they are not globally
138 : : * visible.
139 : : *
140 : : * See: https://github.com/bitcoin/bitcoin/pull/20272#issuecomment-720755781
141 : : */
142 : : class GlobalMutex : public Mutex { };
143 : :
144 : : #define AssertLockHeld(cs) AssertLockHeldInternal(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs)
145 : :
146 : 1 : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, Mutex* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
147 : : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, RecursiveMutex* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
148 : : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, GlobalMutex* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
149 : : #define AssertLockNotHeld(cs) AssertLockNotHeldInline(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs)
150 : :
151 : : /** Wrapper around std::unique_lock style lock for MutexType. */
152 : : template <typename MutexType>
153 : : class SCOPED_LOCKABLE UniqueLock : public MutexType::unique_lock
154 : : {
155 : : private:
156 : : using Base = typename MutexType::unique_lock;
157 : :
158 : 16576378 : void Enter(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine)
159 : : {
160 : 16576378 : EnterCritical(pszName, pszFile, nLine, Base::mutex());
161 : : #ifdef DEBUG_LOCKCONTENTION
162 : : if (!Base::try_lock()) {
163 : : ContendedLock(pszName, pszFile, nLine, static_cast<Base&>(*this));
164 : : }
165 : : #else
166 [ + - + - ]: 16576378 : Base::lock();
[ + - # #
# # ][ # #
# # # # ]
167 : : #endif
168 : 16576378 : }
169 : :
170 : 3 : bool TryEnter(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine)
171 : : {
172 : 3 : EnterCritical(pszName, pszFile, nLine, Base::mutex(), true);
173 [ # # # # ]: 3 : if (Base::try_lock()) {
[ + - # #
# # ][ # #
# # # # ]
174 : : return true;
175 : : }
176 : : LeaveCritical();
177 : : return false;
178 : : }
179 : :
180 : : public:
181 [ + + ]: 16557510 : UniqueLock(MutexType& mutexIn, const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, bool fTry = false) EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(mutexIn) : Base(mutexIn, std::defer_lock)
182 : : {
183 [ + + ]: 16557510 : if (fTry)
184 : 16557510 : TryEnter(pszName, pszFile, nLine);
185 : : else
186 : 16557510 : Enter(pszName, pszFile, nLine);
187 [ - - ]: 16557510 : }
188 : :
189 : 19708 : UniqueLock(MutexType* pmutexIn, const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, bool fTry = false) EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(pmutexIn)
190 [ + + ]: 19708 : {
191 [ + + ]: 19708 : if (!pmutexIn) return;
192 : :
193 [ - + ]: 18871 : *static_cast<Base*>(this) = Base(*pmutexIn, std::defer_lock);
194 [ - + ]: 18871 : if (fTry)
195 : 19708 : TryEnter(pszName, pszFile, nLine);
196 : : else
197 : 19708 : Enter(pszName, pszFile, nLine);
198 [ - - ]: 0 : }
199 : :
200 : 16662797 : ~UniqueLock() UNLOCK_FUNCTION()
201 : : {
202 [ + - + - : 16576808 : if (Base::owns_lock())
+ - + - -
- + - - -
+ - - - +
- + - - -
+ - - - +
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+ + - + +
- - + - -
- - - + -
- - + - -
- + - - -
+ - - - -
- - - -
- ]
205 : :
206 : 3 : operator bool()
207 : : {
208 [ + + ]: 3 : return Base::owns_lock();
[ # # # # ]
209 : : }
210 : :
211 : : protected:
212 : : // needed for reverse_lock
213 : 85579 : UniqueLock() = default;
214 : :
215 : : public:
216 : : /**
217 : : * An RAII-style reverse lock. Unlocks on construction and locks on destruction.
218 : : */
219 : : class SCOPED_LOCKABLE reverse_lock {
220 : : public:
221 [ + - ]: 85580 : explicit reverse_lock(UniqueLock& _lock, const MutexType& mutex, const char* _guardname, const char* _file, int _line) UNLOCK_FUNCTION(mutex) : lock(_lock), file(_file), line(_line) {
222 : : // Ensure that mutex passed back for thread-safety analysis is indeed the original
223 [ - + ]: 85579 : assert(std::addressof(mutex) == lock.mutex());
224 : :
225 [ + + ]: 85579 : CheckLastCritical((void*)lock.mutex(), lockname, _guardname, _file, _line);
226 [ + + ]: 85579 : lock.unlock();
227 : : LeaveCritical();
228 : 85578 : lock.swap(templock);
229 [ - + ]: 85579 : }
230 : :
231 : 85578 : ~reverse_lock() UNLOCK_FUNCTION() {
232 : 85578 : templock.swap(lock);
233 : 85578 : EnterCritical(lockname.c_str(), file.c_str(), line, lock.mutex());
234 : 85578 : lock.lock();
235 [ - + ]: 85578 : }
236 : :
237 : : private:
238 : : reverse_lock(reverse_lock const&);
239 : : reverse_lock& operator=(reverse_lock const&);
240 : :
241 : : UniqueLock& lock;
242 : : UniqueLock templock;
243 : : std::string lockname;
244 : : const std::string file;
245 : : const int line;
246 : : };
247 : : friend class reverse_lock;
248 : : };
249 : :
250 : : // clang's thread-safety analyzer is unable to deal with aliases of mutexes, so
251 : : // it is not possible to use the lock's copy of the mutex for that purpose.
252 : : // Instead, the original mutex needs to be passed back to the reverse_lock for
253 : : // the sake of thread-safety analysis, but it is not actually used otherwise.
254 : : #define REVERSE_LOCK(g, cs) typename std::decay<decltype(g)>::type::reverse_lock UNIQUE_NAME(revlock)(g, cs, #cs, __FILE__, __LINE__)
255 : :
256 : : // When locking a Mutex, require negative capability to ensure the lock
257 : : // is not already held
258 [ + - ]: 68754 : inline Mutex& MaybeCheckNotHeld(Mutex& cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) LOCK_RETURNED(cs) { return cs; }
259 : : inline Mutex* MaybeCheckNotHeld(Mutex* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) LOCK_RETURNED(cs) { return cs; }
260 : :
261 : : // When locking a GlobalMutex or RecursiveMutex, just check it is not
262 : : // locked in the surrounding scope.
263 : : template <typename MutexType>
264 [ + - ]: 680 : inline MutexType& MaybeCheckNotHeld(MutexType& m) LOCKS_EXCLUDED(m) LOCK_RETURNED(m) { return m; }
265 : : template <typename MutexType>
266 : : inline MutexType* MaybeCheckNotHeld(MutexType* m) LOCKS_EXCLUDED(m) LOCK_RETURNED(m) { return m; }
267 : :
268 : : #define LOCK(cs) UniqueLock UNIQUE_NAME(criticalblock)(MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__)
269 : : #define LOCK2(cs1, cs2) \
270 : : UniqueLock criticalblock1(MaybeCheckNotHeld(cs1), #cs1, __FILE__, __LINE__); \
271 : : UniqueLock criticalblock2(MaybeCheckNotHeld(cs2), #cs2, __FILE__, __LINE__)
272 : : #define LOCK_ARGS(cs) MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__
273 : : #define TRY_LOCK(cs, name) UniqueLock name(LOCK_ARGS(cs), true)
274 : : #define WAIT_LOCK(cs, name) UniqueLock name(LOCK_ARGS(cs))
275 : :
276 : : //! Run code while locking a mutex.
277 : : //!
278 : : //! Examples:
279 : : //!
280 : : //! WITH_LOCK(cs, shared_val = shared_val + 1);
281 : : //!
282 : : //! int val = WITH_LOCK(cs, return shared_val);
283 : : //!
284 : : //! Note:
285 : : //!
286 : : //! Since the return type deduction follows that of decltype(auto), while the
287 : : //! deduced type of:
288 : : //!
289 : : //! WITH_LOCK(cs, int i = 1; return i);
290 : : //!
291 : : //! is int, the deduced type of:
292 : : //!
293 : : //! WITH_LOCK(cs, int j = 1; return (j));
294 : : //!
295 : : //! is &int, a reference to a local variable
296 : : //!
297 : : //! The above is detectable at compile-time with the -Wreturn-local-addr flag in
298 : : //! gcc and the -Wreturn-stack-address flag in clang, both enabled by default.
299 : : #define WITH_LOCK(cs, code) (MaybeCheckNotHeld(cs), [&]() -> decltype(auto) { LOCK(cs); code; }())
300 : :
301 : : #endif // BITCOIN_SYNC_H
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