lib/ovs-atomic.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013 Nicira, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #ifndef OVS_ATOMIC_H
  18 #define OVS_ATOMIC_H 1
  19
  20 /* Atomic operations.
  21  *
  22  * This library implements atomic operations with an API based on the one
  23  * defined in C11.  It includes multiple implementations for compilers and
  24  * libraries with varying degrees of built-in support for C11, including a
  25  * fallback implementation for systems that have pthreads but no other support
  26  * for atomics.
  27  *
  28  * This comment describes the common features of all the implementations.
  29  *
  30  *
  31  * Types
  32  * =====
  33  *
  34  * The following atomic types are supported as typedefs for atomic versions of
  35  * the listed ordinary types:
  36  *
  37  *     ordinary type            atomic version
  38  *     -------------------      ----------------------
  39  *     bool                     atomic_bool
  40  *
  41  *     char                     atomic_char
  42  *     signed char              atomic_schar
  43  *     unsigned char            atomic_uchar
  44  *
  45  *     short                    atomic_short
  46  *     unsigned short           atomic_ushort
  47  *
  48  *     int                      atomic_int
  49  *     unsigned int             atomic_uint
  50  *
  51  *     long                     atomic_long
  52  *     unsigned long            atomic_ulong
  53  *
  54  *     long long                atomic_llong
  55  *     unsigned long long       atomic_ullong
  56  *
  57  *     size_t                   atomic_size_t
  58  *     ptrdiff_t                atomic_ptrdiff_t
  59  *
  60  *     intmax_t                 atomic_intmax_t
  61  *     uintmax_t                atomic_uintmax_t
  62  *
  63  *     intptr_t                 atomic_intptr_t
  64  *     uintptr_t                atomic_uintptr_t
  65  *
  66  *     uint8_t                  atomic_uint8_t     (*)
  67  *     uint16_t                 atomic_uint16_t    (*)
  68  *     uint32_t                 atomic_uint32_t    (*)
  69  *     int8_t                   atomic_int8_t      (*)
  70  *     int16_t                  atomic_int16_t     (*)
  71  *     int32_t                  atomic_int32_t     (*)
  72  *     uint64_t                 atomic_uint64_t    (*)
  73  *     int64_t                  atomic_int64_t     (*)
  74  *
  75  *     (*) Not specified by C11.
  76  *
  77  * The atomic version of a type doesn't necessarily have the same size or
  78  * representation as the ordinary version; for example, atomic_int might be a
  79  * typedef for a struct that also includes a mutex.  The range of an atomic
  80  * type does match the range of the corresponding ordinary type.
  81  *
  82  * C11 says that one may use the _Atomic keyword in place of the typedef name,
  83  * e.g. "_Atomic int" instead of "atomic_int".  This library doesn't support
  84  * that.
  85  *
  86  *
  87  * Initialization
  88  * ==============
  89  *
  90  * To initialize an atomic variable at its point of definition, use
  91  * ATOMIC_VAR_INIT:
  92  *
  93  *     static atomic_int ai = ATOMIC_VAR_INIT(123);
  94  *
  95  * To initialize an atomic variable in code, use atomic_init():
  96  *
  97  *     static atomic_int ai;
  98  * ...
  99  *     atomic_init(&ai, 123);
 100  *
 101  *
 102  * Barriers
 103  * ========
 104  *
 105  * enum memory_order specifies the strictness of a memory barrier.  It has the
 106  * following values:
 107  *
 108  *    memory_order_relaxed:
 109  *
 110  *        Compiler barrier only.  Does not imply any CPU memory ordering.
 111  *
 112  *    memory_order_acquire:
 113  *
 114  *        Memory accesses after an acquire barrier cannot be moved before the
 115  *        barrier.  Memory accesses before an acquire barrier *can* be moved
 116  *        after it.
 117  *
 118  *    memory_order_release:
 119  *
 120  *        Memory accesses before a release barrier cannot be moved after the
 121  *        barrier.  Memory accesses after a release barrier *can* be moved
 122  *        before it.
 123  *
 124  *    memory_order_acq_rel:
 125  *
 126  *        Memory accesses cannot be moved across an acquire-release barrier in
 127  *        either direction.
 128  *
 129  *    memory_order_seq_cst:
 130  *
 131  *        Prevents movement of memory accesses like an acquire-release barrier,
 132  *        but whereas acquire-release synchronizes cooperating threads,
 133  *        sequential-consistency synchronizes the whole system.
 134  *
 135  *    memory_order_consume:
 136  *
 137  *        A slight relaxation of memory_order_acquire.
 138  *
 139  * The following functions insert explicit barriers.  Most of the other atomic
 140  * functions also include barriers.
 141  *
 142  *     void atomic_thread_fence(memory_order order);
 143  *
 144  *         Inserts a barrier of the specified type.
 145  *
 146  *         For memory_order_relaxed, this is a no-op.
 147  *
 148  *     void atomic_signal_fence(memory_order order);
 149  *
 150  *         Inserts a barrier of the specified type, but only with respect to
 151  *         signal handlers in the same thread as the barrier.  This is
 152  *         basically a compiler optimization barrier, except for
 153  *         memory_order_relaxed, which is a no-op.
 154  *
 155  *
 156  * Atomic Operations
 157  * =================
 158  *
 159  * In this section, A is an atomic type and C is the corresponding non-atomic
 160  * type.
 161  *
 162  * The "store" primitives match C11:
 163  *
 164  *     void atomic_store(A *object, C value);
 165  *     void atomic_store_explicit(A *object, C value, memory_order);
 166  *
 167  *         Atomically stores 'value' into '*object', respecting the given
 168  *         memory order (or memory_order_seq_cst for atomic_store()).
 169  *
 170  * The following primitives differ from the C11 ones (and have different names)
 171  * because there does not appear to be a way to implement the standard
 172  * primitives in standard C:
 173  *
 174  *     void atomic_read(A *src, C *dst);
 175  *     void atomic_read_explicit(A *src, C *dst, memory_order);
 176  *
 177  *         Atomically loads a value from 'src', writing the value read into
 178  *         '*dst', respecting the given memory order (or memory_order_seq_cst
 179  *         for atomic_read()).
 180  *
 181  *     void atomic_add(A *rmw, C arg, C *orig);
 182  *     void atomic_sub(A *rmw, C arg, C *orig);
 183  *     void atomic_or(A *rmw, C arg, C *orig);
 184  *     void atomic_xor(A *rmw, C arg, C *orig);
 185  *     void atomic_and(A *rmw, C arg, C *orig);
 186  *     void atomic_add_explicit(A *rmw, C arg, C *orig, memory_order);
 187  *     void atomic_sub_explicit(A *rmw, C arg, C *orig, memory_order);
 188  *     void atomic_or_explicit(A *rmw, C arg, C *orig, memory_order);
 189  *     void atomic_xor_explicit(A *rmw, C arg, C *orig, memory_order);
 190  *     void atomic_and_explicit(A *rmw, C arg, C *orig, memory_order);
 191  *
 192  *         Atomically applies the given operation, with 'arg' as the second
 193  *         operand, to '*rmw', and stores the original value of '*rmw' into
 194  *         '*orig', respecting the given memory order (or memory_order_seq_cst
 195  *         if none is specified).
 196  *
 197  *         The results are similar to those that would be obtained with +=, -=,
 198  *         |=, ^=, or |= on non-atomic types.
 199  *
 200  *
 201  * atomic_flag
 202  * ===========
 203  *
 204  * atomic_flag is a typedef for a type with two states, set and clear, that
 205  * provides atomic test-and-set functionality.
 206  *
 207  * ATOMIC_FLAG_INIT is an initializer for atomic_flag.  The initial state is
 208  * "clear".
 209  *
 210  * The following functions are available.
 211  *
 212  *     bool atomic_flag_test_and_set(atomic_flag *object)
 213  *     bool atomic_flag_test_and_set_explicit(atomic_flag *object,
 214  *                                            memory_order);
 215  *
 216  *         Atomically sets '*object', respsecting the given memory order (or
 217  *         memory_order_seq_cst for atomic_flag_test_and_set()).  Returns the
 218  *         previous value of the flag (false for clear, true for set).
 219  *
 220  *     void atomic_flag_clear(atomic_flag *object);
 221  *     void atomic_flag_clear_explicit(atomic_flag *object, memory_order);
 222  *
 223  *         Atomically clears '*object', respecting the given memory order (or
 224  *         memory_order_seq_cst for atomic_flag_clear()).
 225  */
 226
 227 #include <limits.h>
 228 #include <pthread.h>
 229 #include <stdbool.h>
 230 #include <stddef.h>
 231 #include <stdint.h>
 232 #include "compiler.h"
 233 #include "util.h"
 234
 235 #define IN_OVS_ATOMIC_H
 236     #if __CHECKER__
 237         /* sparse doesn't understand some GCC extensions we use. */
 238         #include "ovs-atomic-pthreads.h"
 239     #elif HAVE_STDATOMIC_H
 240         #include "ovs-atomic-c11.h"
 241     #elif __has_extension(c_atomic)
 242         #include "ovs-atomic-clang.h"
 243     #elif __GNUC__ >= 4 && __GNUC_MINOR__ >= 7
 244         #include "ovs-atomic-gcc4.7+.h"
 245     #elif HAVE_GCC4_ATOMICS
 246         #include "ovs-atomic-gcc4+.h"
 247     #else
 248         #include "ovs-atomic-pthreads.h"
 249     #endif
 250 #undef IN_OVS_ATOMIC_H
 251
 252 #endif /* ovs-atomic.h */