lin
2025-03-11 6f4f7a76e03a46fefb056a4b18197f1d9e8aa939
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
/*
 * Copyright (C) 2015 The Android Open Source Project
 * All rights reserved.
 *
 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 * modification, are permitted provided that the following conditions
 * are met:
 *  * Redistributions of source code must retain the above copyright
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
 *  * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
 *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
 *    the documentation and/or other materials provided with the
 *    distribution.
 *
 * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
 * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
 * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
 * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
 * COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
 * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
 * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS
 * OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
 * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
 * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
 * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
 * SUCH DAMAGE.
 */
 
#include <pthread.h>
#include <stdatomic.h>
#include <stdint.h>
 
#include "private/bionic_futex.h"
 
int pthread_barrierattr_init(pthread_barrierattr_t* attr) {
  *attr = 0;
  return 0;
}
 
int pthread_barrierattr_destroy(pthread_barrierattr_t* attr) {
  *attr = 0;
  return 0;
}
 
int pthread_barrierattr_getpshared(const pthread_barrierattr_t* attr, int* pshared) {
  *pshared = (*attr & 1) ? PTHREAD_PROCESS_SHARED : PTHREAD_PROCESS_PRIVATE;
  return 0;
}
 
int pthread_barrierattr_setpshared(pthread_barrierattr_t* attr, int pshared) {
  if (pshared == PTHREAD_PROCESS_SHARED) {
    *attr |= 1;
  } else {
    *attr &= ~1;
  }
  return 0;
}
 
enum BarrierState {
  WAIT,
  RELEASE,
};
 
struct pthread_barrier_internal_t {
  // One barrier can be used for unlimited number of cycles. In each cycle, [init_count]
  // threads must call pthread_barrier_wait() before any of them successfully return from
  // the call. It is undefined behavior if there are more than [init_count] threads call
  // pthread_barrier_wait() in one cycle.
  uint32_t init_count;
  // Barrier state. It is WAIT if waiting for more threads to enter the barrier in this cycle,
  // otherwise threads are leaving the barrier.
  _Atomic(BarrierState) state;
  // Number of threads having entered but not left the barrier in this cycle.
  atomic_uint wait_count;
  // Whether the barrier is shared across processes.
  bool pshared;
  uint32_t __reserved[4];
};
 
static_assert(sizeof(pthread_barrier_t) == sizeof(pthread_barrier_internal_t),
              "pthread_barrier_t should actually be pthread_barrier_internal_t in implementation."
              );
 
static_assert(alignof(pthread_barrier_t) >= 4,
              "pthread_barrier_t should fulfill the alignment of pthread_barrier_internal_t.");
 
static inline pthread_barrier_internal_t* __get_internal_barrier(pthread_barrier_t* barrier) {
  return reinterpret_cast<pthread_barrier_internal_t*>(barrier);
}
 
int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t* barrier_interface, const pthread_barrierattr_t* attr,
                         unsigned count) {
  pthread_barrier_internal_t* barrier = __get_internal_barrier(barrier_interface);
  if (count == 0) {
    return EINVAL;
  }
  barrier->init_count = count;
  atomic_init(&barrier->state, WAIT);
  atomic_init(&barrier->wait_count, 0);
  barrier->pshared = false;
  if (attr != nullptr && (*attr & 1)) {
    barrier->pshared = true;
  }
  return 0;
}
 
// According to POSIX standard, pthread_barrier_wait() synchronizes memory between participating
// threads. It means all memory operations made by participating threads before calling
// pthread_barrier_wait() can be seen by all participating threads after the function call.
// We establish this by making a happens-before relation between all threads entering the barrier
// with the last thread entering the barrier, and a happens-before relation between the last
// thread entering the barrier with all threads leaving the barrier.
int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t* barrier_interface) {
  pthread_barrier_internal_t* barrier = __get_internal_barrier(barrier_interface);
 
  // Wait until all threads for the previous cycle have left the barrier. This is needed
  // as a participating thread can call pthread_barrier_wait() again before other
  // threads have left the barrier. Use acquire operation here to synchronize with
  // the last thread leaving the previous cycle, so we can read correct wait_count below.
  while(atomic_load_explicit(&barrier->state, memory_order_acquire) == RELEASE) {
    __futex_wait_ex(&barrier->state, barrier->pshared, RELEASE, false, nullptr);
  }
 
  uint32_t prev_wait_count = atomic_load_explicit(&barrier->wait_count, memory_order_relaxed);
  while (true) {
    // It happens when there are more than [init_count] threads trying to enter the barrier
    // at one cycle. We read the POSIX standard as disallowing this, since additional arriving
    // threads are not synchronized with respect to the barrier reset. We also don't know of
    // any reasonable cases in which this would be intentional.
    if (prev_wait_count >= barrier->init_count) {
      return EINVAL;
    }
    // Use memory_order_acq_rel operation here to synchronize between all threads entering
    // the barrier with the last thread entering the barrier.
    if (atomic_compare_exchange_weak_explicit(&barrier->wait_count, &prev_wait_count,
                                              prev_wait_count + 1u, memory_order_acq_rel,
                                              memory_order_relaxed)) {
      break;
    }
  }
 
  int result = 0;
  if (prev_wait_count + 1 == barrier->init_count) {
    result = PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD;
    if (prev_wait_count != 0) {
      // Use release operation here to synchronize between the last thread entering the
      // barrier with all threads leaving the barrier.
      atomic_store_explicit(&barrier->state, RELEASE, memory_order_release);
      __futex_wake_ex(&barrier->state, barrier->pshared, prev_wait_count);
    }
  } else {
    // Use acquire operation here to synchronize between the last thread entering the
    // barrier with all threads leaving the barrier.
    while (atomic_load_explicit(&barrier->state, memory_order_acquire) == WAIT) {
      __futex_wait_ex(&barrier->state, barrier->pshared, WAIT, false, nullptr);
    }
  }
  // Use release operation here to make it not reordered with previous operations.
  if (atomic_fetch_sub_explicit(&barrier->wait_count, 1, memory_order_release) == 1) {
    // Use release operation here to synchronize with threads entering the barrier for
    // the next cycle, or the thread calling pthread_barrier_destroy().
    atomic_store_explicit(&barrier->state, WAIT, memory_order_release);
    __futex_wake_ex(&barrier->state, barrier->pshared, barrier->init_count);
  }
  return result;
}
 
int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t* barrier_interface) {
  pthread_barrier_internal_t* barrier = __get_internal_barrier(barrier_interface);
  if (barrier->init_count == 0) {
    return EINVAL;
  }
  // Use acquire operation here to synchronize with the last thread leaving the barrier.
  // So we can read correct wait_count below.
  while (atomic_load_explicit(&barrier->state, memory_order_acquire) == RELEASE) {
    __futex_wait_ex(&barrier->state, barrier->pshared, RELEASE, false, nullptr);
  }
  if (atomic_load_explicit(&barrier->wait_count, memory_order_relaxed) != 0) {
    return EBUSY;
  }
  barrier->init_count = 0;
  return 0;
}