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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 <cassert>
18 : : #include <condition_variable>
19 : : #include <mutex>
20 : : #include <string>
21 : : #include <thread>
22 : :
23 : : ////////////////////////////////////////////////
24 : : // //
25 : : // THE SIMPLE DEFINITION, EXCLUDING DEBUG CODE //
26 : : // //
27 : : ////////////////////////////////////////////////
28 : :
29 : : /*
30 : : RecursiveMutex mutex;
31 : : std::recursive_mutex mutex;
32 : :
33 : : LOCK(mutex);
34 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock(mutex);
35 : :
36 : : LOCK2(mutex1, mutex2);
37 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock1(mutex1);
38 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> criticalblock2(mutex2);
39 : :
40 : : TRY_LOCK(mutex, name);
41 : : std::unique_lock<std::recursive_mutex> name(mutex, std::try_to_lock_t);
42 : : */
43 : :
44 : : ///////////////////////////////
45 : : // //
46 : : // THE ACTUAL IMPLEMENTATION //
47 : : // //
48 : : ///////////////////////////////
49 : :
50 : : #ifdef DEBUG_LOCKORDER
51 : : template <typename MutexType>
52 : : void EnterCritical(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs, bool fTry = false);
53 : : void LeaveCritical();
54 : : void CheckLastCritical(void* cs, std::string& lockname, const char* guardname, const char* file, int line);
55 : : template <typename MutexType>
56 : : void AssertLockHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(cs);
57 : : template <typename MutexType>
58 : : void AssertLockNotHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs);
59 : : void DeleteLock(void* cs);
60 : : bool LockStackEmpty();
61 : :
62 : : /**
63 : : * Call abort() if a potential lock order deadlock bug is detected, instead of
64 : : * just logging information and throwing a logic_error. Defaults to true, and
65 : : * set to false in DEBUG_LOCKORDER unit tests.
66 : : */
67 : : extern bool g_debug_lockorder_abort;
68 : : #else
69 : : template <typename MutexType>
70 : 2612695 : inline void EnterCritical(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs, bool fTry = false) {}
71 [ + - + - : 39488174 : inline void LeaveCritical() {}
+ - + - +
- ][ + - ]
[ + - + -
+ - + - ]
[ + - + -
# # # # #
# # # ][ +
- + - +
- ][ + - +
- + - + -
+ - + - ]
72 : 2612696 : inline void CheckLastCritical(void* cs, std::string& lockname, const char* guardname, const char* file, int line) {}
73 : : template <typename MutexType>
74 : 147916 : inline void AssertLockHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(cs) {}
75 : : template <typename MutexType>
76 : : void AssertLockNotHeldInternal(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, MutexType* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) {}
77 : 85955 : inline void DeleteLock(void* cs) {}
78 : : inline bool LockStackEmpty() { return true; }
79 : : #endif
80 : :
81 : : /**
82 : : * Template mixin that adds -Wthread-safety locking annotations and lock order
83 : : * checking to a subset of the mutex API.
84 : : */
85 : : template <typename PARENT>
86 [ + - + - ]: 88372 : class LOCKABLE AnnotatedMixin : public PARENT
[ + - + +
+ - + - +
- + - + +
- + ][ + + ]
[ + - + +
+ - ][ + -
+ - + - +
- + - +
- ]
87 : : {
88 : : public:
89 : 85955 : ~AnnotatedMixin() {
90 : 85952 : DeleteLock((void*)this);
91 : 78109 : }
92 : :
93 : : void lock() EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION()
94 : : {
95 : : PARENT::lock();
96 : : }
97 : :
98 : : void unlock() UNLOCK_FUNCTION()
99 : : {
100 : : PARENT::unlock();
101 : : }
102 : :
103 : 200 : bool try_lock() EXCLUSIVE_TRYLOCK_FUNCTION(true)
104 : : {
105 : 200 : return PARENT::try_lock();
106 : : }
107 : :
108 : : using unique_lock = std::unique_lock<PARENT>;
109 : : #ifdef __clang__
110 : : //! For negative capabilities in the Clang Thread Safety Analysis.
111 : : //! A negative requirement uses the EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED attribute, in conjunction
112 : : //! with the ! operator, to indicate that a mutex should not be held.
113 : : const AnnotatedMixin& operator!() const { return *this; }
114 : : #endif // __clang__
115 : : };
116 : :
117 : : /**
118 : : * Wrapped mutex: supports recursive locking, but no waiting
119 : : * TODO: We should move away from using the recursive lock by default.
120 : : */
121 : : using RecursiveMutex = AnnotatedMixin<std::recursive_mutex>;
122 : :
123 : : /** Wrapped mutex: supports waiting but not recursive locking */
124 : : using Mutex = AnnotatedMixin<std::mutex>;
125 : :
126 : : /** Different type to mark Mutex at global scope
127 : : *
128 : : * Thread safety analysis can't handle negative assertions about mutexes
129 : : * with global scope well, so mark them with a separate type, and
130 : : * eventually move all the mutexes into classes so they are not globally
131 : : * visible.
132 : : *
133 : : * See: https://github.com/bitcoin/bitcoin/pull/20272#issuecomment-720755781
134 : : */
135 : : class GlobalMutex : public Mutex { };
136 : :
137 : : #define AssertLockHeld(cs) AssertLockHeldInternal(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs)
138 : :
139 : 981 : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, Mutex* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
140 : : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, RecursiveMutex* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
141 : : inline void AssertLockNotHeldInline(const char* name, const char* file, int line, GlobalMutex* cs) LOCKS_EXCLUDED(cs) { AssertLockNotHeldInternal(name, file, line, cs); }
142 : : #define AssertLockNotHeld(cs) AssertLockNotHeldInline(#cs, __FILE__, __LINE__, &cs)
143 : :
144 : : /** Wrapper around std::unique_lock style lock for MutexType. */
145 : : template <typename MutexType>
146 : : class SCOPED_LOCKABLE UniqueLock : public MutexType::unique_lock
147 : : {
148 : : private:
149 : : using Base = typename MutexType::unique_lock;
150 : :
151 : 87196038 : void Enter(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine)
152 : : {
153 : 87196038 : EnterCritical(pszName, pszFile, nLine, Base::mutex());
154 : : #ifdef DEBUG_LOCKCONTENTION
155 : : if (Base::try_lock()) return;
156 : : LOG_TIME_MICROS_WITH_CATEGORY(strprintf("lock contention %s, %s:%d", pszName, pszFile, nLine), BCLog::LOCK);
157 : : #endif
158 [ + - ][ + - : 87196038 : Base::lock();
+ - # # ]
[ + - + -
- - ]
159 : 87196038 : }
160 : :
161 : 1124 : bool TryEnter(const char* pszName, const char* pszFile, int nLine)
162 : : {
163 : 1124 : EnterCritical(pszName, pszFile, nLine, Base::mutex(), true);
164 [ + - ][ - - : 1124 : if (Base::try_lock()) {
+ - # # ]
[ # # # #
# # ]
165 : : return true;
166 : : }
167 : : LeaveCritical();
168 : : return false;
169 : : }
170 : :
171 : : public:
172 [ + + ]: 87040545 : UniqueLock(MutexType& mutexIn, const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, bool fTry = false) EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(mutexIn) : Base(mutexIn, std::defer_lock)
173 : : {
174 [ + + ]: 87040545 : if (fTry)
175 : 87040545 : TryEnter(pszName, pszFile, nLine);
176 : : else
177 : 87040545 : Enter(pszName, pszFile, nLine);
178 [ - - ]: 87040545 : }
179 : :
180 : 158428 : UniqueLock(MutexType* pmutexIn, const char* pszName, const char* pszFile, int nLine, bool fTry = false) EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(pmutexIn)
181 [ + + ]: 158428 : {
182 [ + + ]: 158428 : if (!pmutexIn) return;
183 : :
184 [ - + ]: 156617 : *static_cast<Base*>(this) = Base(*pmutexIn, std::defer_lock);
185 [ - + ]: 156617 : if (fTry)
186 : 158428 : TryEnter(pszName, pszFile, nLine);
187 : : else
188 : 158428 : Enter(pszName, pszFile, nLine);
189 [ - - ]: 0 : }
190 : :
191 : 89810433 : ~UniqueLock() UNLOCK_FUNCTION()
192 : : {
193 [ + - + - : 87197864 : if (Base::owns_lock())
+ - + - +
- + - + -
+ - + - +
- + - + -
+ - + - ]
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+ - # # #
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+ + - - -
+ - - - -
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- - # # #
# # # # #
# # # # ]
196 : :
197 : 1124 : operator bool()
198 : : {
199 [ # # # # ]: 1124 : return Base::owns_lock();
[ + + ]
200 : : }
201 : :
202 : : protected:
203 : : // needed for reverse_lock
204 : 2612696 : UniqueLock() = default;
205 : :
206 : : public:
207 : : /**
208 : : * An RAII-style reverse lock. Unlocks on construction and locks on destruction.
209 : : */
210 : : class SCOPED_LOCKABLE reverse_lock {
211 : : public:
212 [ + - ]: 2612697 : 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) {
213 : : // Ensure that mutex passed back for thread-safety analysis is indeed the original
214 [ - + ]: 2612696 : assert(std::addressof(mutex) == lock.mutex());
215 : :
216 [ + + ]: 2612696 : CheckLastCritical((void*)lock.mutex(), lockname, _guardname, _file, _line);
217 [ + + ]: 2612696 : lock.unlock();
218 : : LeaveCritical();
219 : 2612695 : lock.swap(templock);
220 [ - + ]: 2612696 : }
221 : :
222 : 2612695 : ~reverse_lock() UNLOCK_FUNCTION() {
223 : 2612695 : templock.swap(lock);
224 : 2612695 : EnterCritical(lockname.c_str(), file.c_str(), line, lock.mutex());
225 : 2612695 : lock.lock();
226 [ - + ]: 2612695 : }
227 : :
228 : : private:
229 : : reverse_lock(reverse_lock const&);
230 : : reverse_lock& operator=(reverse_lock const&);
231 : :
232 : : UniqueLock& lock;
233 : : UniqueLock templock;
234 : : std::string lockname;
235 : : const std::string file;
236 : : const int line;
237 : : };
238 : : friend class reverse_lock;
239 : : };
240 : :
241 : : // clang's thread-safety analyzer is unable to deal with aliases of mutexes, so
242 : : // it is not possible to use the lock's copy of the mutex for that purpose.
243 : : // Instead, the original mutex needs to be passed back to the reverse_lock for
244 : : // the sake of thread-safety analysis, but it is not actually used otherwise.
245 : : #define REVERSE_LOCK(g, cs) typename std::decay<decltype(g)>::type::reverse_lock UNIQUE_NAME(revlock)(g, cs, #cs, __FILE__, __LINE__)
246 : :
247 : : // When locking a Mutex, require negative capability to ensure the lock
248 : : // is not already held
249 [ + - ]: 1051915 : inline Mutex& MaybeCheckNotHeld(Mutex& cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) LOCK_RETURNED(cs) { return cs; }
250 : : inline Mutex* MaybeCheckNotHeld(Mutex* cs) EXCLUSIVE_LOCKS_REQUIRED(!cs) LOCK_RETURNED(cs) { return cs; }
251 : :
252 : : // When locking a GlobalMutex or RecursiveMutex, just check it is not
253 : : // locked in the surrounding scope.
254 : : template <typename MutexType>
255 [ + - ]: 810215 : inline MutexType& MaybeCheckNotHeld(MutexType& m) LOCKS_EXCLUDED(m) LOCK_RETURNED(m) { return m; }
256 : : template <typename MutexType>
257 : : inline MutexType* MaybeCheckNotHeld(MutexType* m) LOCKS_EXCLUDED(m) LOCK_RETURNED(m) { return m; }
258 : :
259 : : #define LOCK(cs) UniqueLock UNIQUE_NAME(criticalblock)(MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__)
260 : : #define LOCK2(cs1, cs2) \
261 : : UniqueLock criticalblock1(MaybeCheckNotHeld(cs1), #cs1, __FILE__, __LINE__); \
262 : : UniqueLock criticalblock2(MaybeCheckNotHeld(cs2), #cs2, __FILE__, __LINE__)
263 : : #define LOCK_ARGS(cs) MaybeCheckNotHeld(cs), #cs, __FILE__, __LINE__
264 : : #define TRY_LOCK(cs, name) UniqueLock name(LOCK_ARGS(cs), true)
265 : : #define WAIT_LOCK(cs, name) UniqueLock name(LOCK_ARGS(cs))
266 : :
267 : : //! Run code while locking a mutex.
268 : : //!
269 : : //! Examples:
270 : : //!
271 : : //! WITH_LOCK(cs, shared_val = shared_val + 1);
272 : : //!
273 : : //! int val = WITH_LOCK(cs, return shared_val);
274 : : //!
275 : : //! Note:
276 : : //!
277 : : //! Since the return type deduction follows that of decltype(auto), while the
278 : : //! deduced type of:
279 : : //!
280 : : //! WITH_LOCK(cs, return {int i = 1; return i;});
281 : : //!
282 : : //! is int, the deduced type of:
283 : : //!
284 : : //! WITH_LOCK(cs, return {int j = 1; return (j);});
285 : : //!
286 : : //! is &int, a reference to a local variable
287 : : //!
288 : : //! The above is detectable at compile-time with the -Wreturn-local-addr flag in
289 : : //! gcc and the -Wreturn-stack-address flag in clang, both enabled by default.
290 : : #define WITH_LOCK(cs, code) (MaybeCheckNotHeld(cs), [&]() -> decltype(auto) { LOCK(cs); code; }())
291 : :
292 : : #endif // BITCOIN_SYNC_H
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