Documentation/RCU/NMI-RCU.txt

   1 Using RCU to Protect Dynamic NMI Handlers
   2
   3
   4 Although RCU is usually used to protect read-mostly data structures,
   5 it is possible to use RCU to provide dynamic non-maskable interrupt
   6 handlers, as well as dynamic irq handlers.  This document describes
   7 how to do this, drawing loosely from Zwane Mwaikambo's NMI-timer
   8 work in "arch/i386/oprofile/nmi_timer_int.c" and in
   9 "arch/i386/kernel/traps.c".
  10
  11 The relevant pieces of code are listed below, each followed by a
  12 brief explanation.
  13
  14         static int dummy_nmi_callback(struct pt_regs *regs, int cpu)
  15         {
  16                 return 0;
  17         }
  18
  19 The dummy_nmi_callback() function is a "dummy" NMI handler that does
  20 nothing, but returns zero, thus saying that it did nothing, allowing
  21 the NMI handler to take the default machine-specific action.
  22
  23         static nmi_callback_t nmi_callback = dummy_nmi_callback;
  24
  25 This nmi_callback variable is a global function pointer to the current
  26 NMI handler.
  27
  28         void do_nmi(struct pt_regs * regs, long error_code)
  29         {
  30                 int cpu;
  31
  32                 nmi_enter();
  33
  34                 cpu = smp_processor_id();
  35                 ++nmi_count(cpu);
  36
  37                 if (!rcu_dereference(nmi_callback)(regs, cpu))
  38                         default_do_nmi(regs);
  39
  40                 nmi_exit();
  41         }
  42
  43 The do_nmi() function processes each NMI.  It first disables preemption
  44 in the same way that a hardware irq would, then increments the per-CPU
  45 count of NMIs.  It then invokes the NMI handler stored in the nmi_callback
  46 function pointer.  If this handler returns zero, do_nmi() invokes the
  47 default_do_nmi() function to handle a machine-specific NMI.  Finally,
  48 preemption is restored.
  49
  50 Strictly speaking, rcu_dereference() is not needed, since this code runs
  51 only on i386, which does not need rcu_dereference() anyway.  However,
  52 it is a good documentation aid, particularly for anyone attempting to
  53 do something similar on Alpha.
  54
  55 Quick Quiz:  Why might the rcu_dereference() be necessary on Alpha,
  56              given that the code referenced by the pointer is read-only?
  57
  58
  59 Back to the discussion of NMI and RCU...
  60
  61         void set_nmi_callback(nmi_callback_t callback)
  62         {
  63                 rcu_assign_pointer(nmi_callback, callback);
  64         }
  65
  66 The set_nmi_callback() function registers an NMI handler.  Note that any
  67 data that is to be used by the callback must be initialized up -before-
  68 the call to set_nmi_callback().  On architectures that do not order
  69 writes, the rcu_assign_pointer() ensures that the NMI handler sees the
  70 initialized values.
  71
  72         void unset_nmi_callback(void)
  73         {
  74                 rcu_assign_pointer(nmi_callback, dummy_nmi_callback);
  75         }
  76
  77 This function unregisters an NMI handler, restoring the original
  78 dummy_nmi_handler().  However, there may well be an NMI handler
  79 currently executing on some other CPU.  We therefore cannot free
  80 up any data structures used by the old NMI handler until execution
  81 of it completes on all other CPUs.
  82
  83 One way to accomplish this is via synchronize_sched(), perhaps as
  84 follows:
  85
  86         unset_nmi_callback();
  87         synchronize_sched();
  88         kfree(my_nmi_data);
  89
  90 This works because synchronize_sched() blocks until all CPUs complete
  91 any preemption-disabled segments of code that they were executing.
  92 Since NMI handlers disable preemption, synchronize_sched() is guaranteed
  93 not to return until all ongoing NMI handlers exit.  It is therefore safe
  94 to free up the handler's data as soon as synchronize_sched() returns.
  95
  96 Important note: for this to work, the architecture in question must
  97 invoke irq_enter() and irq_exit() on NMI entry and exit, respectively.
  98
  99
 100 Answer to Quick Quiz
 101
 102         Why might the rcu_dereference() be necessary on Alpha, given
 103         that the code referenced by the pointer is read-only?
 104
 105         Answer: The caller to set_nmi_callback() might well have
 106                 initialized some data that is to be used by the
 107                 new NMI handler.  In this case, the rcu_dereference()
 108                 would be needed, because otherwise a CPU that received
 109                 an NMI just after the new handler was set might see
 110                 the pointer to the new NMI handler, but the old
 111                 pre-initialized version of the handler's data.
 112
 113                 More important, the rcu_dereference() makes it clear
 114                 to someone reading the code that the pointer is being
 115                 protected by RCU.