ocfs2: trusted xattr missing CAP_SYS_ADMIN check
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / RCU / rcu_dereference.txt
blobc0bf2441a2baf5f254ed64d6e4c117dda808fd2c
1 PROPER CARE AND FEEDING OF RETURN VALUES FROM rcu_dereference()
3 Most of the time, you can use values from rcu_dereference() or one of
4 the similar primitives without worries.  Dereferencing (prefix "*"),
5 field selection ("->"), assignment ("="), address-of ("&"), addition and
6 subtraction of constants, and casts all work quite naturally and safely.
8 It is nevertheless possible to get into trouble with other operations.
9 Follow these rules to keep your RCU code working properly:
11 o       You must use one of the rcu_dereference() family of primitives
12         to load an RCU-protected pointer, otherwise CONFIG_PROVE_RCU
13         will complain.  Worse yet, your code can see random memory-corruption
14         bugs due to games that compilers and DEC Alpha can play.
15         Without one of the rcu_dereference() primitives, compilers
16         can reload the value, and won't your code have fun with two
17         different values for a single pointer!  Without rcu_dereference(),
18         DEC Alpha can load a pointer, dereference that pointer, and
19         return data preceding initialization that preceded the store of
20         the pointer.
22         In addition, the volatile cast in rcu_dereference() prevents the
23         compiler from deducing the resulting pointer value.  Please see
24         the section entitled "EXAMPLE WHERE THE COMPILER KNOWS TOO MUCH"
25         for an example where the compiler can in fact deduce the exact
26         value of the pointer, and thus cause misordering.
28 o       Avoid cancellation when using the "+" and "-" infix arithmetic
29         operators.  For example, for a given variable "x", avoid
30         "(x-x)".  There are similar arithmetic pitfalls from other
31         arithmetic operators, such as "(x*0)", "(x/(x+1))" or "(x%1)".
32         The compiler is within its rights to substitute zero for all of
33         these expressions, so that subsequent accesses no longer depend
34         on the rcu_dereference(), again possibly resulting in bugs due
35         to misordering.
37         Of course, if "p" is a pointer from rcu_dereference(), and "a"
38         and "b" are integers that happen to be equal, the expression
39         "p+a-b" is safe because its value still necessarily depends on
40         the rcu_dereference(), thus maintaining proper ordering.
42 o       Avoid all-zero operands to the bitwise "&" operator, and
43         similarly avoid all-ones operands to the bitwise "|" operator.
44         If the compiler is able to deduce the value of such operands,
45         it is within its rights to substitute the corresponding constant
46         for the bitwise operation.  Once again, this causes subsequent
47         accesses to no longer depend on the rcu_dereference(), causing
48         bugs due to misordering.
50         Please note that single-bit operands to bitwise "&" can also
51         be dangerous.  At this point, the compiler knows that the
52         resulting value can only take on one of two possible values.
53         Therefore, a very small amount of additional information will
54         allow the compiler to deduce the exact value, which again can
55         result in misordering.
57 o       If you are using RCU to protect JITed functions, so that the
58         "()" function-invocation operator is applied to a value obtained
59         (directly or indirectly) from rcu_dereference(), you may need to
60         interact directly with the hardware to flush instruction caches.
61         This issue arises on some systems when a newly JITed function is
62         using the same memory that was used by an earlier JITed function.
64 o       Do not use the results from the boolean "&&" and "||" when
65         dereferencing.  For example, the following (rather improbable)
66         code is buggy:
68                 int *p;
69                 int *q;
71                 ...
73                 p = rcu_dereference(gp)
74                 q = &global_q;
75                 q += p != &oom_p1 && p != &oom_p2;
76                 r1 = *q;  /* BUGGY!!! */
78         The reason this is buggy is that "&&" and "||" are often compiled
79         using branches.  While weak-memory machines such as ARM or PowerPC
80         do order stores after such branches, they can speculate loads,
81         which can result in misordering bugs.
83 o       Do not use the results from relational operators ("==", "!=",
84         ">", ">=", "<", or "<=") when dereferencing.  For example,
85         the following (quite strange) code is buggy:
87                 int *p;
88                 int *q;
90                 ...
92                 p = rcu_dereference(gp)
93                 q = &global_q;
94                 q += p > &oom_p;
95                 r1 = *q;  /* BUGGY!!! */
97         As before, the reason this is buggy is that relational operators
98         are often compiled using branches.  And as before, although
99         weak-memory machines such as ARM or PowerPC do order stores
100         after such branches, but can speculate loads, which can again
101         result in misordering bugs.
103 o       Be very careful about comparing pointers obtained from
104         rcu_dereference() against non-NULL values.  As Linus Torvalds
105         explained, if the two pointers are equal, the compiler could
106         substitute the pointer you are comparing against for the pointer
107         obtained from rcu_dereference().  For example:
109                 p = rcu_dereference(gp);
110                 if (p == &default_struct)
111                         do_default(p->a);
113         Because the compiler now knows that the value of "p" is exactly
114         the address of the variable "default_struct", it is free to
115         transform this code into the following:
117                 p = rcu_dereference(gp);
118                 if (p == &default_struct)
119                         do_default(default_struct.a);
121         On ARM and Power hardware, the load from "default_struct.a"
122         can now be speculated, such that it might happen before the
123         rcu_dereference().  This could result in bugs due to misordering.
125         However, comparisons are OK in the following cases:
127         o       The comparison was against the NULL pointer.  If the
128                 compiler knows that the pointer is NULL, you had better
129                 not be dereferencing it anyway.  If the comparison is
130                 non-equal, the compiler is none the wiser.  Therefore,
131                 it is safe to compare pointers from rcu_dereference()
132                 against NULL pointers.
134         o       The pointer is never dereferenced after being compared.
135                 Since there are no subsequent dereferences, the compiler
136                 cannot use anything it learned from the comparison
137                 to reorder the non-existent subsequent dereferences.
138                 This sort of comparison occurs frequently when scanning
139                 RCU-protected circular linked lists.
141         o       The comparison is against a pointer that references memory
142                 that was initialized "a long time ago."  The reason
143                 this is safe is that even if misordering occurs, the
144                 misordering will not affect the accesses that follow
145                 the comparison.  So exactly how long ago is "a long
146                 time ago"?  Here are some possibilities:
148                 o       Compile time.
150                 o       Boot time.
152                 o       Module-init time for module code.
154                 o       Prior to kthread creation for kthread code.
156                 o       During some prior acquisition of the lock that
157                         we now hold.
159                 o       Before mod_timer() time for a timer handler.
161                 There are many other possibilities involving the Linux
162                 kernel's wide array of primitives that cause code to
163                 be invoked at a later time.
165         o       The pointer being compared against also came from
166                 rcu_dereference().  In this case, both pointers depend
167                 on one rcu_dereference() or another, so you get proper
168                 ordering either way.
170                 That said, this situation can make certain RCU usage
171                 bugs more likely to happen.  Which can be a good thing,
172                 at least if they happen during testing.  An example
173                 of such an RCU usage bug is shown in the section titled
174                 "EXAMPLE OF AMPLIFIED RCU-USAGE BUG".
176         o       All of the accesses following the comparison are stores,
177                 so that a control dependency preserves the needed ordering.
178                 That said, it is easy to get control dependencies wrong.
179                 Please see the "CONTROL DEPENDENCIES" section of
180                 Documentation/memory-barriers.txt for more details.
182         o       The pointers are not equal -and- the compiler does
183                 not have enough information to deduce the value of the
184                 pointer.  Note that the volatile cast in rcu_dereference()
185                 will normally prevent the compiler from knowing too much.
187                 However, please note that if the compiler knows that the
188                 pointer takes on only one of two values, a not-equal
189                 comparison will provide exactly the information that the
190                 compiler needs to deduce the value of the pointer.
192 o       Disable any value-speculation optimizations that your compiler
193         might provide, especially if you are making use of feedback-based
194         optimizations that take data collected from prior runs.  Such
195         value-speculation optimizations reorder operations by design.
197         There is one exception to this rule:  Value-speculation
198         optimizations that leverage the branch-prediction hardware are
199         safe on strongly ordered systems (such as x86), but not on weakly
200         ordered systems (such as ARM or Power).  Choose your compiler
201         command-line options wisely!
204 EXAMPLE OF AMPLIFIED RCU-USAGE BUG
206 Because updaters can run concurrently with RCU readers, RCU readers can
207 see stale and/or inconsistent values.  If RCU readers need fresh or
208 consistent values, which they sometimes do, they need to take proper
209 precautions.  To see this, consider the following code fragment:
211         struct foo {
212                 int a;
213                 int b;
214                 int c;
215         };
216         struct foo *gp1;
217         struct foo *gp2;
219         void updater(void)
220         {
221                 struct foo *p;
223                 p = kmalloc(...);
224                 if (p == NULL)
225                         deal_with_it();
226                 p->a = 42;  /* Each field in its own cache line. */
227                 p->b = 43;
228                 p->c = 44;
229                 rcu_assign_pointer(gp1, p);
230                 p->b = 143;
231                 p->c = 144;
232                 rcu_assign_pointer(gp2, p);
233         }
235         void reader(void)
236         {
237                 struct foo *p;
238                 struct foo *q;
239                 int r1, r2;
241                 p = rcu_dereference(gp2);
242                 if (p == NULL)
243                         return;
244                 r1 = p->b;  /* Guaranteed to get 143. */
245                 q = rcu_dereference(gp1);  /* Guaranteed non-NULL. */
246                 if (p == q) {
247                         /* The compiler decides that q->c is same as p->c. */
248                         r2 = p->c; /* Could get 44 on weakly order system. */
249                 }
250                 do_something_with(r1, r2);
251         }
253 You might be surprised that the outcome (r1 == 143 && r2 == 44) is possible,
254 but you should not be.  After all, the updater might have been invoked
255 a second time between the time reader() loaded into "r1" and the time
256 that it loaded into "r2".  The fact that this same result can occur due
257 to some reordering from the compiler and CPUs is beside the point.
259 But suppose that the reader needs a consistent view?
261 Then one approach is to use locking, for example, as follows:
263         struct foo {
264                 int a;
265                 int b;
266                 int c;
267                 spinlock_t lock;
268         };
269         struct foo *gp1;
270         struct foo *gp2;
272         void updater(void)
273         {
274                 struct foo *p;
276                 p = kmalloc(...);
277                 if (p == NULL)
278                         deal_with_it();
279                 spin_lock(&p->lock);
280                 p->a = 42;  /* Each field in its own cache line. */
281                 p->b = 43;
282                 p->c = 44;
283                 spin_unlock(&p->lock);
284                 rcu_assign_pointer(gp1, p);
285                 spin_lock(&p->lock);
286                 p->b = 143;
287                 p->c = 144;
288                 spin_unlock(&p->lock);
289                 rcu_assign_pointer(gp2, p);
290         }
292         void reader(void)
293         {
294                 struct foo *p;
295                 struct foo *q;
296                 int r1, r2;
298                 p = rcu_dereference(gp2);
299                 if (p == NULL)
300                         return;
301                 spin_lock(&p->lock);
302                 r1 = p->b;  /* Guaranteed to get 143. */
303                 q = rcu_dereference(gp1);  /* Guaranteed non-NULL. */
304                 if (p == q) {
305                         /* The compiler decides that q->c is same as p->c. */
306                         r2 = p->c; /* Locking guarantees r2 == 144. */
307                 }
308                 spin_unlock(&p->lock);
309                 do_something_with(r1, r2);
310         }
312 As always, use the right tool for the job!
315 EXAMPLE WHERE THE COMPILER KNOWS TOO MUCH
317 If a pointer obtained from rcu_dereference() compares not-equal to some
318 other pointer, the compiler normally has no clue what the value of the
319 first pointer might be.  This lack of knowledge prevents the compiler
320 from carrying out optimizations that otherwise might destroy the ordering
321 guarantees that RCU depends on.  And the volatile cast in rcu_dereference()
322 should prevent the compiler from guessing the value.
324 But without rcu_dereference(), the compiler knows more than you might
325 expect.  Consider the following code fragment:
327         struct foo {
328                 int a;
329                 int b;
330         };
331         static struct foo variable1;
332         static struct foo variable2;
333         static struct foo *gp = &variable1;
335         void updater(void)
336         {
337                 initialize_foo(&variable2);
338                 rcu_assign_pointer(gp, &variable2);
339                 /*
340                  * The above is the only store to gp in this translation unit,
341                  * and the address of gp is not exported in any way.
342                  */
343         }
345         int reader(void)
346         {
347                 struct foo *p;
349                 p = gp;
350                 barrier();
351                 if (p == &variable1)
352                         return p->a; /* Must be variable1.a. */
353                 else
354                         return p->b; /* Must be variable2.b. */
355         }
357 Because the compiler can see all stores to "gp", it knows that the only
358 possible values of "gp" are "variable1" on the one hand and "variable2"
359 on the other.  The comparison in reader() therefore tells the compiler
360 the exact value of "p" even in the not-equals case.  This allows the
361 compiler to make the return values independent of the load from "gp",
362 in turn destroying the ordering between this load and the loads of the
363 return values.  This can result in "p->b" returning pre-initialization
364 garbage values.
366 In short, rcu_dereference() is -not- optional when you are going to
367 dereference the resulting pointer.