Merge branches 'fixes1.2018.07.12b' and 'torture1.2018.07.12b' into HEAD

fixes1.2018.07.12b: Post-gp_seq miscellaneous fixes
torture1.2018.07.12b: Post-gp_seq torture-test updates

rcutorture: Fix rcu_barrier successes counter

The rcutorture test module currently increments both successes and error
for the barrier test upon error, which results in misleading statistics
being printed.  This commit therefore changes the code to increment the
success counter only when the test actually passes.

This change was tested by by returning from the barrier callback without
incrementing the callback counter, thus introducing what appeared to
rcutorture to be rcu_barrier() failures.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Add support to detect if boost kthread prio is too low

When rcutorture is built in to the kernel, an earlier patch detects
that and raises the priority of RCU's kthreads to allow rcutorture's
RCU priority boosting tests to succeed.

However, if rcutorture is built as a module, those priorities must be
raised manually via the rcutree.kthread_prio kernel boot parameter.
If this manual step is not taken, rcutorture's RCU priority boosting
tests will fail due to kthread starvation.  One approach would be to
raise the default priority, but that risks breaking existing users.
Another approach would be to allow runtime adjustment of RCU's kthread
priorities, but that introduces numerous "interesting" race conditions.
This patch therefore instead detects too-low priorities, and prints a
message and disables the RCU priority boosting tests in that case.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Use monotonic timestamp for stall detection

The get_seconds() call is deprecated because it overflows on 32-bit
architectures. The algorithm in rcu_torture_stall() can deal with
the overflow, but another problem here is that using a CLOCK_REALTIME
stamp can lead to a false-positive stall warning when a settimeofday()
happens concurrently.

Using ktime_get_seconds() instead avoids those issues and will never
overflow. The added cast to 'unsigned long' however is necessary to
make ULONG_CMP_LT() work correctly.

Signed-off-by: Arnd Bergmann <arnd@arndb.de>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Make boost test more robust

Currently, with RCU_BOOST disabled, I get no failures when forcing
rcutorture to test RCU boost priority inversion. The reason seems to be
that we don't check for failures if the callback never ran at all for
the duration of the boost-test loop.

Further, the 'rtb' and 'rtbf' counters seem to be used inconsistently.
'rtb' is incremented at the start of each test and 'rtbf' is incremented
per-cpu on each failure of call_rcu. So its possible 'rtbf' > 'rtb'.

To test the boost with rcutorture, I did following on a 4-CPU x86 machine:

modprobe rcutorture  test_boost=2
sleep 20
rmmod rcutorture

With patch:
rtbf: 8 rtb: 12

Without patch:
rtbf: 0 rtb: 2

In summary this patch:
 - Increments failed and total test counters once per boost-test.
 - Checks for failure cases correctly.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Disable RT throttling for boost tests

Currently rcutorture is not able to torture RCU boosting properly. This
is because the rcutorture's boost threads which are doing the torturing
may be throttled due to RT throttling.

This patch makes rcutorture use the right torture technique (unthrottled
rcutorture boost tasks) for torturing RCU so that the test fails
correctly when no boost is available.

Currently this requires accessing sysctl_sched_rt_runtime directly, but
that should be Ok since rcutorture is test code. Such direct access is
also only possible if rcutorture is used as a built-in so make it
conditional on that.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Emphasize testing of single reader protection type

For RCU implementations supporting multiple types of reader protection,
rcutorture currently randomly selects the combinations of types of
protection for each phase of each reader.  The problem with this,
for example, given the four kinds of protection for RCU-sched
(local_irq_disable(), local_bh_disable(), preempt_disable(), and
rcu_read_lock_sched()), the reader will be protected by a single
mechanism only 25% of the time.  We really heavier testing of single
read-side mechanisms.

This commit therefore uses only a single mechanism about 60% of the time,
half of the time explicitly and one-eighth of the time by chance.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Handle extended read-side critical sections

This commit enables rcutorture to test whether RCU properly aggregates
different types of read-side critical sections into a larger section
covering the set.  It does this by extending an initial read-side
critical section randomly for a random number of extensions.  There is
a new rcu_torture_ops field ->extendable that specifies what extensions
are permitted for a given flavor of RCU (for example, SRCU does not
permit any extensions, while RCU-sched permits all types).  Note that
if a given operation (for example, local_bh_disable()) extends an RCU
read-side critical section, then rcutorture feels free to also start
and end the critical section with that operation's type of disabling.

Disabling operations include local_bh_disable(), local_irq_disable(),
and preempt_disable().  This commit also adds a new "busted_srcud"
torture type, which verifies rcutorture's ability to detect extensions
of RCU read-side critical sections that are not handled.  Gotta test
the test, after all!

Note that it is not legal to invoke local_bh_disable() with interrupts
disabled, and this transition is avoided by overriding the random-number
generator when it wants to call local_bh_disable() while interrupts
are disabled.  The code instead leaves both interrupts and bh/softirq
disabled in this case.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Make rcu_torture_timer() use rcu_torture_one_read()

This commit saves a few lines of code by making rcu_torture_timer()
invoke rcu_torture_one_read(), thus completing the consolidation of
code between rcu_torture_timer() and rcu_torture_reader().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Use per-CPU random state for rcu_torture_timer()

Currently, the rcu_torture_timer() function uses a single global
torture_random_state structure protected by a single global lock.
This conflicts to some extent with performance and scalability,
but even more with the goal of consolidating read-side testing
with rcu_torture_reader().  This commit therefore creates a per-CPU
torture_random_state structure for use by rcu_torture_timer() and
eliminates the lock.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Make rcu_torture_timer_rand static, per 0day Test Robot report. ]

rcutorture: Use atomic increment for n_rcu_torture_timers

Currently, rcu_torture_timer() relies on a lock to guard updates to
n_rcu_torture_timers.  Unfortunately, consolidating code with
rcu_torture_reader() will dispense with this lock.  This commit
therefore makes n_rcu_torture_timers be an atomic_long_t and uses
atomic_long_inc() to carry out the update.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Extract common code from rcu_torture_reader()

This commit extracts the code executed on each pass through the loop
in rcu_torture_reader() into a new rcu_torture_one_read() function.
This new function will also be used by rcu_torture_timer().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcuperf: Remove unused torturing_tasks() function

The torturing_tasks() function in rcuperf.c is not used, so this commit
removes it.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove rcutorture test version and sequence number

Back when RCU had a debugfs interface, there was a test version and
sequence number that allowed associating debugfs data with a particular
test run, where the test run started with modprobe and ended with rmmod,
which was how tests were run back on the old ABAT system within IBM.
But rcutorture testing no longer runs on ABAT, and there is no longer an
RCU debugfs interface, so there is no longer any need for test versions
and sequence numbers.

This commit therefore removes the rcutorture_record_test_transition()
and rcutorture_record_progress() functions, and along with them the
rcutorture_testseq and rcutorture_vernum variables that they update.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Change units of onoff_interval to jiffies

Some RCU bugs have been sensitive to the frequency of CPU-hotplug
operations, which have been gradually increased over time.  But this
frequency is now at the one-second lower limit that can be specified using
the rcutorture.onoff_interval kernel parameter.  This commit therefore
changes the units of rcutorture.onoff_interval from seconds to jiffies,
and also sets the value specified for this kernel parameter in the TREE03
rcutorture scenario to 200, which is 200 milliseconds for HZ=1000.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Assign higher prio to RCU threads if rcutorture is built-in

The rcutorture RCU priority boosting tests fail even with CONFIG_RCU_BOOST
set because rcutorture's threads run at the same priority as the default
RCU kthreads (RT class with priority of 1).

This patch checks if RCU torture is built into the kernel and if so,
assigns RT priority 1 to the RCU threads, allowing the rcutorture boost
tests to pass.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rculist: Improve documentation for list_for_each_entry_from_rcu()

Unfortunately the patch for adding list_for_each_entry_from_rcu()
wasn't the final patch after all review.  It is functionally
correct but the documentation was incomplete.

This patch adds this missing documentation which includes an update to
the documentation for list_for_each_entry_continue_rcu() to match the
documentation for the new list_for_each_entry_from_rcu(), and adds
list_for_each_entry_from_rcu() and the already existing
hlist_for_each_entry_from_rcu() to section 7 of whatisRCU.txt.

Reviewed-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: NeilBrown <neilb@suse.com>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

srcu: Add grace-period number to rcutorture statistics printout

This commit adds the SRCU grace-period number to the rcutorture statistics
printout, which allows it to be compared to the rcutorture "Writer stall
state" message.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Print stall-warning NMI dyntick state in hexadecimal

The ->dynticks_nmi_nesting field records the nesting depth of both
interrupt and NMI handlers.  Because the kernel can enter interrupts
and never leave them (and vice versa) and because NMIs can interrupt
manipulation of the ->dynticks_nmi_nesting field, the values in this
field must be both chosen and maniupated very carefully.  As a result,
although the value is zero when the corresponding CPU is executing
neither an interrupt nor an NMI handler, it is 4,611,686,018,427,387,906
on 64-bit systems when there is a single level of interrupt/NMI handling
in progress.

This number is difficult to remember and interpret, so this commit
switches the output to hexadecimal, resulting in the much nicer
0x4000000000000002.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

MAINTAINERS: Update RCU, SRCU, and TORTURE-TEST entries

The RCU, SRCU, and TORTURE-TEST entries are missing some recent
changes, so this commit brings them up to date.

Reported-by: Andrea Parri <andrea.parri@amarulasolutions.com>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
Cc: Davidlohr Bueso <dave@stgolabs.net>
Cc: Josh Triplett <josh@joshtriplett.org>
Cc: Steven Rostedt <rostedt@goodmis.org>
Cc: Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Cc: Lai Jiangshan <jiangshanlai@gmail.com>

rcu: Make rcu_seq_diff() more exact

The current implementatation of rcu_seq_diff() follows tradition in
providing a rough-and-ready approximation of the number of elapsed grace
periods between the two rcu_seq values.  However, this difference is
used to flag RCU-failure "near misses", which can be a valuable debugging
aid, so more exactitude would be an improvement.  This commit therefore
improves the accuracy of rcu_seq_diff().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

doc: Update synchronize_rcu() definition in whatisRCU.txt

The synchronize_rcu() definition based on RW-locks in whatisRCU.txt
does not meet the "Memory-Barrier Guarantees" in Requirements.html;
for example, the following SB-like test:

    P0:                      P1:

    WRITE_ONCE(x, 1);        WRITE_ONCE(y, 1);
    synchronize_rcu();       smp_mb();
    r0 = READ_ONCE(y);       r1 = READ_ONCE(x);

should not be allowed to reach the state "r0 = 0 AND r1 = 0", but
the current write_lock()+write_unlock() definition can not ensure
this.  This commit therefore inserts an smp_mb__after_spinlock()
in order to cause this synchronize_rcu() implementation to provide
this memory-barrier guarantee.

Suggested-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Andrea Parri <andrea.parri@amarulasolutions.com>
Cc: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
Cc: Josh Triplett <josh@joshtriplett.org>
Cc: Steven Rostedt <rostedt@goodmis.org>
Cc: Mathieu Desnoyers <mathieu.desnoyers@efficios.com>
Cc: Lai Jiangshan <jiangshanlai@gmail.com>
Cc: Jonathan Corbet <corbet@lwn.net>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Check the range of jiffies_till_{first,next}_fqs when setting them

Currently, the range of jiffies_till_{first,next}_fqs are checked and
adjusted on and on in the loop of rcu_gp_kthread on runtime.

However, it's enough to check them only when setting them, not every
time in the loop. So make them handled on a setting time via sysfs.

Signed-off-by: Byungchul Park <byungchul.park@lge.com>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add diagnostics for rcutorture writer stall warning

This commit adds any in-the-future ->gp_seq_needed fields to the
diagnostics for an rcutorture writer stall warning message.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add comment to the last sleep in the rcu tasks loop

At the end of rcu_tasks_kthread() there's a lonely
schedule_timeout_uninterruptible() call with no apparent rationale for
its existence. But there is. It is to keep the thread from going into
a tight loop if there's some anomaly. That really needs a comment.

Link: http://lkml.kernel.org/r/20180524223839.GU3803@linux.vnet.ibm.com
Signed-off-by: Steven Rostedt (VMware) <rostedt@goodmis.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Speed up calling of RCU tasks callbacks

Joel Fernandes found that the synchronize_rcu_tasks() was taking a
significant amount of time. He demonstrated it with the following test:

 # cd /sys/kernel/tracing
 # while [ 1 ]; do x=1; done &
 # echo '__schedule_bug:traceon' > set_ftrace_filter
 # time echo '!__schedule_bug:traceon' > set_ftrace_filter;

real 0m1.064s
user 0m0.000s
sys 0m0.004s

Where it takes a little over a second to perform the synchronize,
because there's a loop that waits 1 second at a time for tasks to get
through their quiescent points when there's a task that must be waited
for.

After discussion we came up with a simple way to wait for holdouts but
increase the time for each iteration of the loop but no more than a
full second.

With the new patch we have:

 # time echo '!__schedule_bug:traceon' > set_ftrace_filter;

real 0m0.131s
user 0m0.000s
sys 0m0.004s

Which drops it down to 13% of what the original wait time was.

Link: http://lkml.kernel.org/r/20180523063815.198302-2-joel@joelfernandes.org
Reported-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Suggested-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Steven Rostedt (VMware) <rostedt@goodmis.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add comment documenting how rcu_seq_snap works

rcu_seq_snap may be tricky to decipher. Lets document how it works with
an example to make it easier.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Shrink comment as suggested by Peter Zijlstra. ]

rcu: Use RCU CPU stall timeout for rcu_check_gp_start_stall()

Currently, rcu_check_gp_start_stall() waits for one second after the first
request before complaining that a grace period has not yet started.  This
was desirable while testing the conversion from ->future_gp_needed[] to
->gp_seq_needed, but it is a bit on the hair-trigger side for production
use under heavy load.  This commit therefore makes this wait time be
exactly that of the RCU CPU stall warning, allowing easy adjustment of
both timeouts to suit the distribution or installation at hand.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove __maybe_unused from rcu_cpu_has_callbacks()

The rcu_cpu_has_callbacks() function is now used in all configurations,
so this commit removes the __maybe_unused.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove "inline" from rcu_perf_print_module_parms()

This function is in rcuperf.c, which is not an include file, so there
is no problem dropping the "inline", especially given that this function
is invoked only twice per rcuperf run.  This commit therefore delegates
the inlining decision to the compiler by dropping the "inline".

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove "inline" from rcu_torture_print_module_parms()

This function is in rcutorture.c, which is not an include file, so there
is no problem dropping the "inline", especially given that this function
is invoked only twice per rcutorture run.  This commit therefore delegates
the inlining decision to the compiler by dropping the "inline".

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove "inline" from panic_on_rcu_stall() and rcu_blocking_is_gp()

These functions are in kernel/rcu/tree.c, which is not an include file,
so there is no problem dropping the "inline", especially given that these
functions are nowhere near a fastpath.  This commit therefore delegates
the inlining decision to the compiler by dropping the "inline".

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove unused local variable "cpu"

One danger of using __maybe_unused is that the compiler doesn't yell
at you when you remove the last reference, witness rcu_bind_gp_kthread()
and its local variable "cpu".  This commit removes this local variable.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove unused rcu_kick_nohz_cpu() function

The rcu_kick_nohz_cpu() function is no longer used, and the functionality
it used to provide is now provided by a call to resched_cpu() in the
force-quiescent-state function rcu_implicit_dynticks_qs().  This commit
therefore removes rcu_kick_nohz_cpu().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Clarify and correct the rcu_preempt_qs() header comment

The rcu_preempt_qs() function only applies to the CPU, not the task.
A task really is allowed to invoke this function while in an RCU-preempt
read-side critical section, but only if it has first added itself to
some leaf rcu_node structure's ->blkd_tasks list.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Inline rcu_dynticks_momentary_idle() into its sole caller

The rcu_dynticks_momentary_idle() function is invoked only from
rcu_momentary_dyntick_idle(), and neither function is particularly
large.  This commit therefore saves a few lines by inlining
rcu_dynticks_momentary_idle() into rcu_momentary_dyntick_idle().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Mark task as .need_qs less aggressively

If any scheduling-clock interrupt interrupts an RCU-preempt read-side
critical section, the interrupted task's ->rcu_read_unlock_special.b.need_qs
field is set.  This causes the outermost rcu_read_unlock() to incur the
extra overhead of calling into rcu_read_unlock_special().  This commit
reduces that overhead by setting ->rcu_read_unlock_special.b.need_qs only
if the grace period has been in effect for more than one second.

Why one second?  Because this is comfortably smaller than the minimum
RCU CPU stall-warning timeout of three seconds, but long enough that the
.need_qs marking should happen quite rarely.  And if your RCU read-side
critical section has run on-CPU for a full second, it is not unreasonable
to invest some CPU time in ending the grace period quickly.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Improve RCU-tasks naming and comments

The naming and comments associated with some RCU-tasks code make
the faulty assumption that context switches due to cond_resched()
are voluntary.  As several people pointed out, this is not the case.
This commit therefore updates function names and comments to better
reflect current reality.

Reported-by: Byungchul Park <byungchul.park@lge.com>
Reported-by: Joel Fernandes <joel@joelfernandes.org>
Reported-by: Steven Rostedt <rostedt@goodmis.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Use pr_fmt to prefix "rcu: " to logging output

This commit also adjusts some whitespace while in the area.

Signed-off-by: Joe Perches <joe@perches.com>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Revert string-breaking %s as requested by Andy Shevchenko. ]

rcu: rcupdate.h: Get rid of Sphinx warnings at rcu_pointer_handoff()

The code example at rcupdate.h currently produce lots of warnings:

./include/linux/rcupdate.h:572: WARNING: Unexpected indentation.
./include/linux/rcupdate.h:576: WARNING: Unexpected indentation.
./include/linux/rcupdate.h:580: WARNING: Block quote ends without a blank line; unexpected unindent.
./include/linux/rcupdate.h:582: WARNING: Block quote ends without a blank line; unexpected unindent.
./include/linux/rcupdate.h:582: WARNING: Inline literal start-string without end-string.

This commit therefore changes it to a code-block.

Signed-off-by: Mauro Carvalho Chehab <mchehab+samsung@kernel.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Improve rcu_note_voluntary_context_switch() reporting

We expect a quiescent state of TASKS_RCU when cond_resched_tasks_rcu_qs()
is called, no matter whether it actually be scheduled or not. However,
it currently doesn't report the quiescent state when the task enters
into __schedule() as it's called with preempt = true. So make it report
the quiescent state unconditionally when cond_resched_tasks_rcu_qs() is
called.

And in TINY_RCU, even though the quiescent state of rcu_bh also should
be reported when the tick interrupt comes from user, it doesn't. So make
it reported.

Lastly in TREE_RCU, rcu_note_voluntary_context_switch() should be
reported when the tick interrupt comes from not only user but also idle,
as an extended quiescent state.

Signed-off-by: Byungchul Park <byungchul.park@lge.com>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Simplify rcutiny portion given no RCU-tasks for !PREEMPT. ]

rcu: Make rcu_read_unlock_special() static

Because rcu_read_unlock_special() is no longer used outside of
kernel/rcu/tree_plugin.h, this commit makes it static.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add diagnostics for offline CPUs failing to report QS

CPUs are expected to report quiescent states when coming online and
when going offline, and grace-period initialization is supposed to
handle any race conditions where a CPU's ->qsmask bit is set just after
it goes offline.  This commit adds diagnostics for the case where an
offline CPU nevertheless has a grace period waiting on it.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Record ->gp_state for both phases of grace-period initialization

Grace-period initialization first processes any recent CPU-hotplug
operations, and then initializes state for the new grace period.  These
two phases of initialization are currently not distinguished in debug
prints, but the distinction is valuable in a number of debug situations.
This commit therefore introduces two new values for ->gp_state,
RCU_GP_ONOFF and RCU_GP_INIT, in order to make this distinction.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add CPU online/offline state to dump_blkd_tasks()

Interactions between CPU-hotplug operations and grace-period
initialization can result in dump_blkd_tasks().  One of the first
debugging actions in this case is to search back in dmesg to work
out which of the affected rcu_node structure's CPUs are online and to
determine the last CPU-hotplug operation affecting any of those CPUs.
This can be laborious and error-prone, especially when console output
is lost.

This commit therefore causes dump_blkd_tasks() to dump the state of
the affected rcu_node structure's CPUs and the last grace period during
which the last offline and online operation affected each of these CPUs.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add up-tree information to dump_blkd_tasks() diagnostics

This commit updates dump_blkd_tasks() to print out quiescent-state
bitmasks for the rcu_node structures further up the tree.  This
information helps debugging of interactions between CPU-hotplug
operations and RCU grace-period initialization.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove CPU-hotplug failsafe from force-quiescent-state code path

Now that quiescent states for newly offlined CPUs are reported either
when that CPU goes offline or at the end of grace-period initialization,
the CPU-hotplug failsafe in the force-quiescent-state code path is no
longer needed.

This commit therefore removes this failsafe.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove failsafe check for lost quiescent state

Now that quiescent-state reporting is fully event-driven, this commit
removes the check for a lost quiescent state from force_qs_rnp().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Move grace-period pre-init delay after pre-init

The main race with the early part of grace-period initialization appears
to be with CPU hotplug.  To more fully open this race window, this commit
moves the rcu_gp_slow() from the beginning of the early initialization
loop to follow that loop, thus widening the race window, especially for
the rcu_node structures that are initialized last.  This commit also
expands rcutree.gp_preinit_delay from 3 to 12, giving the same overall
delay in the grace period, but concentrated in the spot where it will
do the most good.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Add RCU-preempt check for waiting on newly onlined CPU

RCU should only be waiting on CPUs that were online at the time that the
current grace period started.  Failure to abide by this rule can result
in confusing splats during grace-period cleanup and initialization.
This commit therefore adds a check to RCU-preempt's preempted-task
queuing that checks for waiting on newly onlined CPUs.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Fix grace-period hangs due to race with CPU offline

Without special fail-safe quiescent-state-propagation checks, grace-period
hangs can result from the following scenario:

1. CPU 1 goes offline.

2. Because CPU 1 is the only CPU in the system blocking the current
grace period, the grace period ends as soon as
rcu_cleanup_dying_idle_cpu()'s call to rcu_report_qs_rnp()
returns.

3. At this point, the leaf rcu_node structure's ->lock is no longer
held: rcu_report_qs_rnp() has released it, as it must in order
to awaken the RCU grace-period kthread.

4. At this point, that same leaf rcu_node structure's ->qsmaskinitnext
field still records CPU 1 as being online.  This is absolutely
necessary because the scheduler uses RCU (in this case on the
wake-up path while awakening RCU's grace-period kthread), and
->qsmaskinitnext contains RCU's idea as to which CPUs are online.
Therefore, invoking rcu_report_qs_rnp() after clearing CPU 1's
bit from ->qsmaskinitnext would result in a lockdep-RCU splat
due to RCU being used from an offline CPU.

5. RCU's grace-period kthread awakens, sees that the old grace period
has completed and that a new one is needed.  It therefore starts
a new grace period, but because CPU 1's leaf rcu_node structure's
->qsmaskinitnext field still shows CPU 1 as being online, this new
grace period is initialized to wait for a quiescent state from the
now-offline CPU 1.

6. Without the fail-safe force-quiescent-state checks, there would
be no quiescent state from the now-offline CPU 1, which would
eventually result in RCU CPU stall warnings and memory exhaustion.

It would be good to get rid of the special fail-safe quiescent-state
propagation checks, and thus it would be good to fix things so that
the above scenario cannot happen.  This commit therefore adds a new
->ofl_lock to the rcu_state structure.  This lock is held by rcu_gp_init()
across the applying of buffered online and offline operations to the
rcu_node tree, and it is also held by rcu_cleanup_dying_idle_cpu()
when buffering a new offline operation.  This prevents rcu_gp_init()
from acquiring the leaf rcu_node structure's lock during the interval
between when rcu_cleanup_dying_idle_cpu() invokes rcu_report_qs_rnp(),
which releases ->lock and the re-acquisition of that same lock.
This in turn prevents the failure scenario outlined above, and will
hopefully eventually allow removal of the offline-CPU checks from the
force-quiescent-state code path.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Fix grace-period hangs from mid-init task resume

Without special fail-safe quiescent-state-propagation checks, grace-period
hangs can result from the following scenario:

1. A task running on a given CPU is preempted in its RCU read-side
critical section.

2. That CPU goes offline, and there are now no online CPUs
corresponding to that CPU's leaf rcu_node structure.

3. The rcu_gp_init() function does the first phase of grace-period
initialization, and sets the aforementioned leaf rcu_node
structure's ->qsmaskinit field to all zeroes.  Because there
is a blocked task, it does not propagate the zeroing of either
->qsmaskinit or ->qsmaskinitnext up the rcu_node tree.

4. The task resumes on some other CPU and exits its critical section.
There is no grace period in progress, so the resulting quiescent
state is not reported up the tree.

5. The rcu_gp_init() function does the second phase of grace-period
initialization, which results in the leaf rcu_node structure
being initialized to expect no further quiescent states, but
with that structure's parent expecting a quiescent-state report.

The parent will never receive a quiescent state from this leaf
rcu_node structure, so the grace period will hang, resulting in
RCU CPU stall warnings.

It would be good to get rid of the special fail-safe quiescent-state
propagation checks.  This commit therefore checks the leaf rcu_node
structure's ->wait_blkd_tasks field during grace-period initialization.
If this flag is set, the rcu_report_qs_rnp() is invoked to immediately
report the possible quiescent state.  While in the neighborhood, this
commit also report quiescent states for any CPUs that went offline between
the two phases of grace-period initialization, thus reducing grace-period
delays and hopefully eventually allowing removal of offline-CPU checks
from the force-quiescent-state code path.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Suppress false-positive splats from mid-init task resume

Consider the following sequence of events in a PREEMPT=y kernel:

1. All CPUs corresponding to a given leaf rcu_node structure are
offline.

2. The first phase of the rcu_gp_init() function's grace-period
initialization runs, and sets that rcu_node structure's
->qsmaskinit to zero, as it should.

3. One of the CPUs corresponding to that rcu_node structure comes
back online.  Note that because this CPU came online after the
grace period started, this grace period can safely ignore this
newly onlined CPU.

4. A task running on the newly onlined CPU enters an RCU-preempt
read-side critical section, and is then preempted.  Because
the corresponding rcu_node structure's ->qsmask is zero,
rcu_preempt_ctxt_queue() leaves the rcu_node structure's
->gp_tasks field NULL, as it should.

5. The rcu_gp_init() function continues running the second phase of
grace-period initialization.  The ->qsmask field of the parent of
the aforementioned leaf rcu_node structure is set to not expect
a quiescent state from the leaf, as is only right and proper.

However, when rcu_gp_init() reaches the leaf, it invokes
rcu_preempt_check_blocked_tasks(), which sees that the leaf's
->blkd_tasks list is non-empty, and therefore sets the leaf's
->gp_tasks field to reference the first task on that list.

6. The grace period ends before the preempted task resumes, which
is perfectly fine, given that this grace period was under no
obligation to wait for that task to exit its late-starting
RCU-preempt read-side critical section.  Unfortunately, the
leaf's ->gp_tasks field is non-NULL, so rcu_gp_cleanup() splats.
After all, it appears to rcu_gp_cleanup() that the grace period
failed to wait for a task that was supposed to be blocking that
grace period.

This commit avoids this false-positive splat by adding a check of both
->qsmaskinit and ->wait_blkd_tasks to rcu_preempt_check_blocked_tasks().
If both ->qsmaskinit and ->wait_blkd_tasks are zero, then the task must
have entered its RCU-preempt read-side critical section late (after all,
the CPU that it is running on was not online at that time), which means
that the upper-level rcu_node structure won't be waiting for anything
on the leaf anyway.

If ->wait_blkd_tasks is non-zero, then there is at least one task on
ths rcu_node structure's ->blkd_tasks list whose RCU read-side
critical section predates the current grace period.  If ->qsmaskinit
is non-zero, there is at least one CPU that was online at the start
of the current grace period.  Thus, if both are zero, there is nothing
to wait for.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Suppress more involved false-positive preempted-task splats

Consider the following sequence of events in a PREEMPT=y kernel:

1. All but one of the CPUs corresponding to a given leaf rcu_node
structure go offline.  Each of these CPUs clears its bit in that
structure's ->qsmaskinitnext field.

2. A new grace period starts, and rcu_gp_init() scans the leaf
rcu_node structures, applying CPU-hotplug changes since the
start of the previous grace period, including those changes in
#1 above.  This copies each leaf structure's ->qsmaskinitnext
to its ->qsmask field, which represents the CPUs that this new
grace period will wait on.  Each copy operation is done holding
the corresponding leaf rcu_node structure's ->lock, and at the
end of this scan, rcu_gp_init() holds no locks.

3. The last CPU corresponding to #1's leaf rcu_node structure goes
offline, clearing its bit in that structure's ->qsmaskinitnext
field, but not touching the ->qsmaskinit field.  Note that
rcu_gp_init() is not currently holding any locks!  This CPU does
-not- report a quiescent state because the grace period has not
yet initialized itself sufficiently to have set any bits in any
of the leaf rcu_node structures' ->qsmask fields.

4. The rcu_gp_init() function continues initializing the new grace
period, copying each leaf rcu_node structure's ->qsmaskinit
field to its ->qsmask field while holding the corresponding ->lock.
This sets the ->qsmask bit corresponding to #3's CPU.

5. Before the grace period ends, #3's CPU comes back online.
Because te grace period has not yet done any force-quiescent-state
scans (which would report a quiescent state on behalf of any
offline CPUs), this CPU's ->qsmask bit is still set.

6. A task running on the newly onlined CPU is preempted while in
an RCU read-side critical section.  Because this CPU's ->qsmask
bit is net, not only does this task queue itself on the leaf
rcu_node structure's ->blkd_tasks list, it also sets that
structure's ->gp_tasks pointer to reference it.

7. The grace period started in #1 above comes to an end.  This
results in rcu_gp_cleanup() being invoked, which, among other
things, checks to make sure that there are no tasks blocking the
just-ended grace period, that is, that all ->gp_tasks pointers
are NULL.  The ->gp_tasks pointer corresponding to the task
preempted in #3 above is non-NULL, which results in a splat.

This splat is a false positive.  The task's RCU read-side critical
section cannot have begun before the just-ended grace period because
this would mean either: (1) The CPU came online before the grace period
started, which cannot have happened because the grace period started
before that CPU went offline, or (2) The task started its RCU read-side
critical section on some other CPU, but then it would have had to have
been preempted before migrating to this CPU, which would mean that it
would have instead queued itself on that other CPU's rcu_node structure.
RCU's grace periods thus are working correctly.  Or, more accurately,
that remaining bugs in RCU's grace periods are elsewhere.

This commit eliminates this false positive by adding code to the end
of rcu_cpu_starting() that reports a quiescent state to RCU, which has
the side-effect of clearing that CPU's ->qsmask bit, preventing the
above scenario.  This approach has the added benefit of more promptly
reporting quiescent states corresponding to offline CPUs.  Nevertheless,
this commit does -not- remove the need for the force-quiescent-state
scans to check for offline CPUs, given that a CPU might remain offline
indefinitely.  And without the checks in the force-quiescent-state scans,
the grace period would also persist indefinitely, which could result in
hangs or memory exhaustion.

Note well that the call to rcu_report_qs_rnp() reporting the quiescent
state must come -after- the setting of this CPU's bit in the leaf rcu_node
structure's ->qsmaskinitnext field.  Otherwise, lockdep-RCU will complain
bitterly about quiescent states coming from an offline CPU.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Suppress false-positive preempted-task splats

Consider the following sequence of events in a PREEMPT=y kernel:

1. All CPUs corresponding to a given rcu_node structure go offline.
A new grace period starts just after the CPU-hotplug code path
does its synchronize_rcu() for the last CPU, so at least this
CPU is present in that structure's ->qsmask.

2. Before the grace period ends, a CPU comes back online, and not
just any CPU, but the one corresponding to a non-zero bit in
the leaf rcu_node structure's ->qsmask.

3. A task running on the newly onlined CPU is preempted while in
an RCU read-side critical section.  Because this CPU's ->qsmask
bit is net, not only does this task queue itself on the leaf
rcu_node structure's ->blkd_tasks list, it also sets that
structure's ->gp_tasks pointer to reference it.

4. The grace period started in #1 above comes to an end.  This
results in rcu_gp_cleanup() being invoked, which, among other
things, checks to make sure that there are no tasks blocking the
just-ended grace period, that is, that all ->gp_tasks pointers
are NULL.  The ->gp_tasks pointer corresponding to the task
preempted in #3 above is non-NULL, which results in a splat.

This splat is a false positive.  The task's RCU read-side critical
section cannot have begun before the just-ended grace period because
this would mean either: (1) The CPU came online before the grace period
started, which cannot have happened because the grace period started
before that CPU was all the way offline, or (2) The task started its
RCU read-side critical section on some other CPU, but then it would
have had to have been preempted before migrating to this CPU, which
would mean that it would have instead queued itself on that other CPU's
rcu_node structure.

This commit eliminates this false positive by adding code to the end
of rcu_cleanup_dying_idle_cpu() that reports a quiescent state to RCU,
which has the side-effect of clearing that CPU's ->qsmask bit, preventing
the above scenario.  This approach has the added benefit of more promptly
reporting quiescent states corresponding to offline CPUs.

Note well that the call to rcu_report_qs_rnp() reporting the quiescent
state must come -before- the clearing of this CPU's bit in the leaf
rcu_node structure's ->qsmaskinitnext field.  Otherwise, lockdep-RCU
will complain bitterly about quiescent states coming from an offline CPU.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Suppress false-positive offline-CPU lockdep-RCU splat

The rcu_lockdep_current_cpu_online() function currently checks only the
RCU-sched data structures to determine whether or not RCU believes that a
given CPU is offline.  Unfortunately, there are multiple flavors of RCU,
which means that there is a short window of time during which the various
flavors disagree as to whether or not a given CPU is offline.  This can
result in false-positive lockdep-RCU splats in which some other flavor
of RCU tries to do something based on its view that the CPU is online,
only to get hit with a lockdep-RCU splat because RCU-sched instead
believes that the CPU is offline.

This commit therefore changes rcu_lockdep_current_cpu_online() to scan
all RCU flavors and to consider a given CPU to be online if any of the
RCU flavors believe it to be online, thus preventing these false-positive
splats.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Prevent useless FQS scan after all CPUs have checked in

The force_qs_rnp() function checks for ->qsmask being all zero, that is,
all CPUs for the current rcu_node structure having already passed through
quiescent states.  But with RCU-preempt, this is not sufficient to report
quiescent states further up the tree, so there are further checks that
can initiate RCU priority boosting and also for races with CPU-hotplug
operations.  However, if neither of these further checks apply, the code
proceeds to carry out a useless scan of an all-zero ->qsmask.

This commit therefore adds code to release the current rcu_node
structure's lock and continue on to the next rcu_node structure, thereby
avoiding this useless scan.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Replace smp_wmb() with smp_store_release() for stall check

This commit gets rid of the smp_wmb() in record_gp_stall_check_time()
in favor of an smp_store_release().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Fix typo and add additional debug

This commit fixes a typo and adds some additional debugging to the
message emitted when a task blocking the current grace period is listed
as blocking it when either that grace period ends or the next grace
period begins.  This commit also reformats the console message for
readability.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make rcu_report_unblock_qs_rnp() warn on violated preconditions

If rcu_report_unblock_qs_rnp() is invoked on something other than
preemptible RCU or if there are still preempted tasks blocking the
current grace period, something went badly wrong in the caller.
This commit therefore adds WARN_ON_ONCE() to these conditions, but
leaving the legitimate reason for early exit (rnp->qsmask != 0)
unwarned.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make rcu_init_new_rnp() stop upon already-set bit

Currently, rcu_init_new_rnp() walks up the rcu_node combining tree,
setting bits in the ->qsmaskinit fields on the way up.  It walks up
unconditionally, regardless of the initial state of these bits.  This is
OK because only the corresponding RCU grace-period kthread ever tests
or sets these bits during runtime.  However, it is also pointless, and
it increases both memory and lock contention (albeit only slightly), so
this commit stops the walk as soon as an already-set bit is encountered.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Fix an obsolete ->qsmaskinit comment

Back in the old days, when grace-period initialization blocked CPU
hotplug, the ->qsmaskinit mask was indeed updated at the time that
a given CPU went offline.  However, with the deferral of these updates
until the beginning of the next grace period in commit 0aa04b055e71
("rcu: Process offlining and onlining only at grace-period start"),
it is instead ->qsmaskinitnext that gets updated at that time.

This commit therefore updates the obsolete comment.  It also fixes
punctuation while on the topic of comments mentioning ->qsmaskinit.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Clean up handling of tasks blocked across full-rcu_node offline

Commit 0aa04b055e71 ("rcu: Process offlining and onlining only at
grace-period start") deferred handling of CPU-hotplug events until the
start of the next grace period, but consider the following sequence
of events:

1. A task is preempted within an RCU-preempt read-side critical
section.

2. The CPU that this task was running on goes offline, along with all
other CPUs sharing the corresponding leaf rcu_node structure.

3. The task resumes execution.

4. One of those CPUs comes back online before a new grace period starts.

In step 2, the code in the next rcu_gp_init() invocation will (correctly)
defer removing the leaf rcu_node structure from the upper-level bitmasks,
and will (correctly) set that structure's ->wait_blkd_tasks field.  During
the ensuing interval, RCU will (correctly) track the tasks preempted on
that structure because they must block any subsequent grace period.

In step 3, the code in rcu_read_unlock_special() will (correctly) remove
the task from the leaf rcu_node structure.  From this point forward, RCU
need not pay attention to this structure, at least not until one of the
corresponding CPUs comes back online.

In step 4, the code in the next rcu_gp_init() invocation will
(incorrectly) invoke rcu_init_new_rnp().  This is incorrect because
the corresponding rcu_cleanup_dead_rnp() was never invoked.  This is
nevertheless harmless because the upper-level bits are still set.
So, no harm, no foul, right?

At least, all is well until a little further into rcu_gp_init()
invocation, which will notice that there are no longer any tasks blocked
on the leaf rcu_node structure, conclude that there is no longer anything
left over from step 2's offline operation, and will therefore invoke
rcu_cleanup_dead_rnp().  But this invocation of rcu_cleanup_dead_rnp()
is for the beginning of the earlier offline interval, and the previous
invocation of rcu_init_new_rnp() is for the end of that same interval.
That is right, they are invoked out of order.

That cannot be good, can it?

It turns out that this is not a (correctness!) problem because
rcu_cleanup_dead_rnp() checks to see if any of the corresponding CPUs
are online, and refuses to do anything if so.  In other words, in the
case where rcu_init_new_rnp() and rcu_cleanup_dead_rnp() execute out of
order, they both have no effect.

But this is at best an accident waiting to happen.

This commit therefore adds logic to rcu_gp_init() so that
rcu_init_new_rnp() and rcu_cleanup_dead_rnp() are always invoked in
order, and so that neither are invoked at all in cases where RCU had to
pay attention to the leaf rcu_node structure during the entire time that
all corresponding CPUs were offline.

And, while in the area, this commit reduces confusion by using formal
parameters rather than local variables that just happen to have the same
value at that particular point in the code.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Identify grace period is in progress as we advance up the tree

There's no need to keep checking the same starting node for whether a
grace period is in progress as we advance up the funnel lock loop. Its
sufficient if we just checked it in the start, and then subsequently
checked the internal nodes as we advanced up the combining tree. This
also makes sense because the grace-period updates propogate from the
root to the leaf, so there's a chance we may find a grace period has
started as we advance up, lets check for the same.

Reported-by: Paul McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Use better variable names in funnel locking loop

The funnel locking loop in rcu_start_this_gp uses rcu_root as a
temporary variable while walking the combining tree. This causes a
tiresome exercise of a code reader reminding themselves that rcu_root
may not be root. Lets just call it rnp, and rename other variables as
well to be more appropriate.

Original patch: https://patchwork.kernel.org/patch/10396577/

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Fix name in comment as well. ]

rcu: Rename the grace-period-request variables and parameters

The name 'c' is used for variables and parameters holding the requested
grace-period sequence number.  However it is no longer very meaningful
given the conversions from ->gpnum and (especially) ->completed to
->gp_seq. This commit therefore renames 'c' to 'gp_seq_req'.

Previous patch discussion is at:
https://patchwork.kernel.org/patch/10396579/

Signed-off-by: Joel Fernandes <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Regularize resetting of rcu_data wrap indicator

The rcu_data structure's ->gpwrap indicator is currently reset only
when the CPU in question detects a new grace period.  This is in theory
sufficient because any CPU that has been out of action for long enough
that its ->gpwrap indicator is set is guaranteed to see both the end
of an old grace period and the start of a new one.

However, the current code leaves a short window during which the ->gpwrap
indicator has been reset but the corresponding ->gp_seq counter has not
yet been brought up to date.  This is harmless because interrupts are
disabled, but it is likely to (at the very least) cause confusion.

This commit therefore moves the resetting of ->gpwrap to follow the
updating of ->gp_seq.  While in the area, it also resets ->gp_seq_needed.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Correctly handle grace-period sequence wrap

The new ->gq_seq grace-period sequence numbers must be shifted down,
which give artifacts when these numbers wrap.  This commit therefore
enables rcutorture and rcuperf to handle grace-period sequence numbers
even if they do wrap.  It does this by allowing a special subtraction
function to be specified, and this function subtracts before shifting.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make rcu_start_this_gp() check for grace period already started

In the old days of ->gpnum and ->completed, the code requesting a new
grace period checked to see if that grace period had already started,
bailing early if so.  The new-age ->gp_seq approach instead checks
whether the grace period has already finished.  A compensating change
pushed the requested grace period down to the bottom of the tree, thus
reducing lock contention and even eliminating it in some cases.  But why
not further reduce contention, especially on large systems, by doing both,
especially given that the cost of doing both is extremely small?

This commit therefore adds a new rcu_seq_started() function that checks
whether a specified grace period has already started.  It then uses
this new function in place of rcu_seq_done() in the rcu_start_this_gp()
function's funnel locking code.

Reported-by: Joel Fernandes <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Fix cpustart tracepoint gp_seq number

The "cpustart" trace event shows a stale gp_seq. This is because it uses
rdp->gp_seq, which is updated only at the end of the __note_gp_changes()
function. This commit therefore instead uses rnp->gp_seq.

An alternative fix would be to update rdp->gp_seq earlier, but this would
break RCU's detection of the beginning of a new-to-this-CPU grace period.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Produce last "CleanupMore" trace only if late-breaking request

Currently Tree RCU's clean-up code emits a "CleanupMore" trace event in
response to late-arriving grace-period requests even if the grace period
was already requested. This makes "CleanupMore" show up an extra time (in
addition to once for each rcu_node structure that was previously marked
with the request), and for no good reason.  This commit therefore avoids
emitting this trace message unless the the only request for this next
grace period arrived during or after the cleanup scan of the rcu_node
structures.

Signed-off-by: Joel Fernandes (Google) <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Don't funnel-lock above leaf node if GP in progress

The old grace-period start code would acquire only the leaf's rcu_node
structure's ->lock if that structure believed that a grace period was
in progress.  The new code advances to the leaf's parent in this case,
needlessly acquiring then leaf's parent's ->lock.  This commit therefore
checks the grace-period state after marking the leaf with the need for
the specified grace period, and if the leaf believes that a grace period
is in progress, takes an early exit.

Reported-by: Joel Fernandes <joel@joelfernandes.org>
Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Add "Startedleaf" tracing as suggested by Joel Fernandes. ]

doc: Update RCU CPU stall-warning documentation

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

doc: Update memory-ordering documentation for ->gp-seq

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

doc: Update data-structure documentation for ->gp_seq

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make simple callback acceleration refer to rdp->gp_seq_needed

Now that the rcu_data structure contains ->gp_seq_needed, create an
rcu_accelerate_cbs_unlocked() helper function that locklessly checks to
see if new callbacks' required grace period has already been requested.
If so, update the callback list locally and again locklessly.  (Though
interrupts must be and are disabled to avoid racing with conflicting
updates in interrupt handlers.)

Otherwise, call rcu_accelerate_cbs() as before.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Remove ->gpnum and ->completed

Now that everything has been converted to use ->gp_seq instead of
->gpnum and ->completed, this commit removes ->gpnum and ->completed.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_fqs tracepoint to ->gp_seq

This commit makes the rcu_fqs tracepoint use ->gp_seq instead of ->gpnum.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_quiescent_state_report tracepoint to ->gp_seq

This commit makes the rcu_quiescent_state_report tracepoint use ->gp_seq
instead of ->gpnum.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_unlock_preempted_task tracepoint to ->gp_seq

This commit makes the rcu_unlock_preempted_task tracepoint use ->gp_seq
instead of ->gpnum.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_preempt_task tracepoint to ->gp_seq

This commit makes the rcu_preempt_task tracepoint use ->gp_seq instead
of ->gpnum.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_grace_period_init tracepoint to gp_seq

This commit makes the rcu_grace_period_init tracepoint use gp_seq instead
of ->gpnum.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_future_grace_period tracepoint to gp_seq

This commit makes the rcu_future_grace_period tracepoint use gp_seq
instead of ->gpnum and ->completed.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_grace_period tracepoint to gp_seq

This commit makes the rcu_grace_period tracepoint use gp_seq instead
of ->gpnum or ->completed.  It also introduces a "cpuofl-bgp" string to
less obscurely indicate when a CPU has gone offline while a grace period
is waiting on it.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make rcu_nocb_wait_gp() check if GP already requested

This commit makes rcu_nocb_wait_gp() check rdp->gp_seq_needed to see
if the current CPU already knows about the needed grace period having
already been requested.  If so, it avoids acquiring the corresponding
leaf rcu_node structure's ->lock, thus decreasing contention.  This
optimization is intended for cases where either multiple leader rcuo
kthreads are running on the same CPU or these kthreads are running on
a non-offloaded (e.g., housekeeping) CPU.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Move lock release past "if" as suggested by Joel Fernandes. ]
[ paulmck: Fix caching of furthest-future requested grace period. ]

rcu: Move from ->need_future_gp[] to ->gp_seq_needed

One problem with the ->need_future_gp[] array is that the grace-period
assignment of each element changes as the grace periods complete.
This means that it is necessary to hold a lock when checking this
array to learn if a given grace period has already been requested.
This increase lock contention, which is the opposite of helpful.
This commit therefore replaces the ->need_future_gp[] with a single
->gp_seq_needed value and keeps it updated in the rcu_data structure.

This will enable reliable lockless checking of whether or not a given
grace period has already been requested.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcutorture: Convert rcutorture_get_gp_data() to ->gp_seq

SRCU has long used ->srcu_gp_seq, and now RCU uses ->gp_seq.  This
commit therefore moves the rcutorture_get_gp_data() function from
a ->gpnum / ->completed pair to ->gp_seq.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make RCU CPU stall warnings use ->gp_seq

This commit makes the RCU CPU stall-warning code in print_other_cpu_stall(),
print_cpu_stall(), and check_cpu_stall() use ->gp_seq instead of ->gpnum
and ->completed.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert grace-period requests to ->gp_seq

This commit converts the grace-period request code paths from ->completed
and ->gpnum to ->gp_seq.  The need_future_gp_element() macro encapsulates
the shift operation required to use ->gp_seq as an index to the
->need_future_gp[] array.  The rcu_cbs_completed() function is removed
in favor of the rcu_seq_snap() function.  The rcu_start_this_gp()
gets some temporary consistency checks and uses rcu_seq_done(),
rcu_seq_current(), rcu_seq_state(), and rcu_gp_in_progress() in place
of the earlier open-coded comparisons of ->gpnum and ->completed.
The rcu_future_gp_cleanup() function replaces use of ->completed
with ->gp_seq.  The rcu_accelerate_cbs() function replaces a call to
rcu_cbs_completed() with one to rcu_seq_snap().  The rcu_advance_cbs()
function replaces an access to >completed with one to ->gp_seq and adds
some temporary warnings.  The rcu_nocb_wait_gp() function replaces a
call to rcu_cbs_completed() with one to rcu_seq_snap() and an open-coded
comparison with rcu_seq_done().

The temporary warnings will be removed when the various ->gpnum and
->completed fields are removed.  Their purpose is to locate code who
might still be using ->gpnum and ->completed.  (Much easier that way
than trying to trace down the causes of too-short grace periods and
grace-period hangs!)

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert ->completedqs to ->gp_seq

This commit switches the quiescent-state no-backtracking checks from
->gpnum and ->completed to ->gp_seq.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert ->rcu_iw_gpnum to ->gp_seq

This commit switches the interrupt-disabled detection mechanism to
->gp_seq.  This mechanism is used as part of RCU CPU stall warnings,
and detects cases where the stall is due to a CPU having interrupts
disabled.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Move rcu_gp_in_progress() to ->gp_seq

This commit makes rcu_gp_in_progress() use ->gp_seq instead of
->completed and ->gpnum.  The READ_ONCE() invocations are buried
in rcu_seq_current().

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Move rcu_nocb_gp_get() to ->gp_seq

This commit makes rcu_try_advance_all_cbs() use ->gp_seq.  It uses
rcu_seq_ctr() in order to shift away the state bits, so that the
low-order bits of the result may safely be used to index ->nocb_gp_wq[].

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Move rcu_try_advance_all_cbs() to ->gp_seq

This commit makes rcu_try_advance_all_cbs() use ->gp_seq, with the
exception of tracing, which will be converted later.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Move rcu_implicit_dynticks_qs() to ->gp_seq

This commit makes rcu_implicit_dynticks_qs() use ->gp_seq, with the
exception of tracing, which will be converted later.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_gpnum_ovf() to ->gp_seq

This commit converts rcu_gpnum_ovf() to use ->gp_seq instead of ->gpnum.
Same size unsigned long, so same approach.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Move RCU's grace-period-change code to ->gp_seq

This commit moves __note_gp_changes(), note_gp_changes(), and
__rcu_pending() to ->gp_seq, creating new rcu_seq_completed_gp() and
rcu_seq_new_gp() functions for this purpose.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>
[ paulmck: Reinstate "cpuend: trace as suggested by Joel Fernandes. ]

rcu: Convert conditional grace-period primitives to ->gp_seq

This commit converts get_state_synchronize_rcu(), cond_synchronize_rcu(),
get_state_synchronize_sched(), and cond_synchronize_sched() from ->gpnum
and ->completed to ->gp_seq.  Note that this also introduces a full
memory barrier in the already-done paths off cond_synchronize_rcu() and
cond_synchronize_sched(), as work with LKMM indicates that the earlier
smp_load_acquire() were insufficiently strong in some situations where
these two functions were called just as the grace period ended.  In such
cases, these two functions would not gain the benefit of memory ordering
at the end of the grace period.

Please note that the performance impact is negligible, as you shouldn't
be using either function anywhere near a fastpath in any case.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Make quiescent-state reporting use ->gp_seq

This commit switches the functions reporting quiescent states from
use of ->gpnum to ->gp_seq.  In either case, the point is to handle
races where a given grace period ends before a quiescent state can
be reported.  Failing to catch these races would result in too-short
grace periods, hence the checking.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>

rcu: Convert rcu_check_gp_kthread_starvation() to GP sequence number

This commit switches rcu_check_gp_kthread_starvation() from printing
->gpnum and ->completed to printing ->gp_seq upon detecting a starving
RCU grace-period kthread during an RCU CPU stall warning.

Signed-off-by: Paul E. McKenney <paulmck@linux.vnet.ibm.com>