source: trunk/libs/pthread.c @ 416

Last change on this file since 416 was 412, checked in by alain, 5 years ago

Introduce user libraries

File size: 14.7 KB
Line 
1/*
2 * pthread.c - User side pthread related functions implementation.
3 *
4 * Author     Alain Greiner (2016,2017)
5 *
6 * Copyright (c) UPMC Sorbonne Universites
7 *
8 * This file is part of ALMOS-MKH.
9 *
10 * ALMOS-MKH is free software; you can redistribute it and/or modify it
11 * under the terms of the GNU General Public License as published by
12 * the Free Software Foundation; version 2.0 of the License.
13 *
14 * ALMOS-MKH is distributed in the hope that it will be useful, but
15 * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17 * General Public License for more details.
18 *
19 * You should have received a copy of the GNU General Public License
20 * along with ALMOS-MKH; if not, write to the Free Software Foundation,
21 * Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22 */
23
24#include <shared_syscalls.h>
25#include <hal_user.h>
26#include <nostdio.h>
27#include <stdio.h>
28#include <stdlib.h>
29#include <malloc.h>
30#include <pthread.h>
31
32#define PTHREAD_MUTEX_DEBUG     0
33#define PTHREAD_BARRIER_DEBUG   0
34
35#define  reg_t     int
36
37////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
38//                  Threads
39////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
40
41/////////////////////////////////////////////////
42int pthread_create( pthread_t            * trdid,
43                    const pthread_attr_t * attr,
44                    void                 * start_func,
45                    void                 * start_args )
46{
47    return hal_user_syscall( SYS_THREAD_CREATE,
48                             (reg_t)trdid,
49                             (reg_t)attr,
50                             (reg_t)start_func,
51                             (reg_t)start_args );
52}
53
54/////////////////////////////////////
55int pthread_join( pthread_t    trdid,
56                  void      ** exit_value )
57{
58    return hal_user_syscall( SYS_THREAD_JOIN,
59                             (reg_t)exit_value, 0, 0, 0 );
60}
61
62///////////////////////////////////////
63int pthread_detach( pthread_t   trdid )
64{
65    return hal_user_syscall( SYS_THREAD_DETACH,
66                             (reg_t)trdid, 0, 0, 0 );
67}
68
69/////////////////////////////////////
70int pthread_exit( void * exit_value )
71{
72    return hal_user_syscall( SYS_THREAD_EXIT,
73                             (reg_t)exit_value, 0, 0, 0 );
74}
75
76///////////////////
77int pthread_yield()
78{
79    return hal_user_syscall( SYS_THREAD_YIELD, 0, 0, 0, 0 );
80}
81
82////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
83//                            Barriers
84////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
85
86////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
87// This recursive function initializes the SQT nodes
88// traversing the SQT from root to bottom
89////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
90static void sqt_barrier_build( pthread_barrier_t  * barrier, 
91                               unsigned int         x,
92                               unsigned int         y,
93                               unsigned int         level,
94                               sqt_node_t         * parent,
95                               unsigned int         x_size,
96                               unsigned int         y_size,
97                               unsigned int         nthreads ) 
98{
99    // get target node address
100    sqt_node_t * node = barrier->node[x][y][level];
101   
102    if (level == 0 )        // terminal case
103    {
104        // initializes target node
105        node->arity    = nthreads;   
106        node->count    = nthreads;   
107        node->sense    = 0;   
108        node->level    = 0;   
109        node->parent   = parent;
110        node->child[0] = NULL;
111        node->child[1] = NULL;
112        node->child[2] = NULL;
113        node->child[3] = NULL;
114
115#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
116printf("\n[BARRIER] %s : sqt_node[%d][%d][%d] : arity = %d / parent = %x\n"
117"child0 = %x / child1 = %x / child2 = %x / child3 = %x\n", 
118__FUNCTION__, x, y, level, node->arity, node->parent, 
119node->child[0], node->child[1], node->child[2], node->child[3] );
120#endif
121
122    }
123    else                   // non terminal case
124    {
125        unsigned int cx[4];   // x coordinate for children
126        unsigned int cy[4];   // y coordinate for children
127        unsigned int arity = 0;
128        unsigned int i;
129
130        // the child0 coordinates are equal to the parent coordinates
131        // other children coordinates are incremented depending on the level value
132        cx[0] = x;
133        cy[0] = y;
134
135        cx[1] = x;
136        cy[1] = y + (1 << (level-1));
137
138        cx[2] = x + (1 << (level-1));
139        cy[2] = y;
140
141        cx[3] = x + (1 << (level-1));
142        cy[3] = y + (1 << (level-1));
143
144        // initializes parent node taken into account the actual number of childs
145        // child pointer is NULL if coordinates outside the mesh
146        for ( i = 0 ; i < 4 ; i++ )
147        {
148            if ( (cx[i] < x_size) && (cy[i] < y_size) ) 
149            {
150                node->child[i] = barrier->node[cx[i]][cy[i]][level-1];
151                arity++;
152            }
153            else  node->child[i] = NULL;
154        }
155        node->arity    = arity; 
156        node->count    = arity;
157        node->sense    = 0;
158        node->level    = level;
159        node->parent   = parent;
160
161#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
162printf("\n[BARRIER] %s : sqt_node[%d][%d][%d] : arity = %d / parent = %x\n"
163"child0 = %x / child1 = %x / child2 = %x / child3 = %x\n", 
164__FUNCTION__, x, y, level, node->arity, node->parent,
165node->child[0], node->child[1], node->child[2], node->child[3] );
166#endif
167
168        // recursive calls for children nodes
169        for ( i = 0 ; i < 4 ; i++ )
170        {
171            if ( (cx[i] < x_size) && (cy[i] < y_size) ) 
172            sqt_barrier_build( barrier, 
173                               cx[i], 
174                               cy[i], 
175                               level-1, 
176                               node, 
177                               x_size,
178                               y_size,
179                               nthreads );
180        }
181    }
182}  // end sqt_barrier_build()
183
184////////////////////////////////////////////////////////////////
185int pthread_barrier_init( pthread_barrier_t           * barrier,
186                          const pthread_barrierattr_t * attr,
187                          unsigned int                  count )
188{
189    unsigned int x_size;
190    unsigned int y_size;
191    unsigned int nthreads;
192
193    if( attr != NULL )
194    {
195        x_size   = attr->x_size;
196        y_size   = attr->y_size;
197        nthreads = attr->nthreads;
198    }
199    else
200    {
201        x_size   = 1;
202        y_size   = 1;
203        nthreads = count;
204    }
205
206    // check attributes
207    assert( x_size <= QDT_XMAX );
208    assert( y_size <= QDT_YMAX );
209    assert( x_size * y_size * nthreads == count );
210   
211    // compute SQT levels
212    unsigned int levels; 
213    unsigned int z = (x_size > y_size) ? x_size : y_size;
214    levels = (z < 2) ? 1 : (z < 3) ? 2 : (z < 5) ? 3 : (z < 9) ? 4 : 5;
215
216#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
217unsigned int side = (z < 2) ? 1 : (z < 3) ? 2 : (z < 5) ? 4 : (z < 9) ? 8 : 16;
218printf("\n[BARRIER] %s : x_size = %d / y_size = %d / levels = %d / side = %d\n",
219__FUNCTION__ , x_size , y_size , levels , side );
220#endif
221
222    // allocates memory for the SQT nodes and initializes SQT nodes pointers array
223    // the actual number of SQT nodes in a cluster(x,y) depends on (x,y):
224    // At least 1 node / at most 5 nodes
225    unsigned int x;          // x coordinate for one SQT node
226    unsigned int y;          // y coordinate for one SQT node
227    unsigned int l;          // level for one SQT node
228    for ( x = 0 ; x < x_size ; x++ )
229    {
230        for ( y = 0 ; y < y_size ; y++ )
231        {
232            unsigned int cxy = (x<<QDT_YWIDTH) + y;
233               
234            for ( l = 0 ; l < levels ; l++ )         
235            {
236                if ( ( (l == 0) && ((x&0x00) == 0) && ((y&0x00) == 0) ) ||
237                     ( (l == 1) && ((x&0x01) == 0) && ((y&0x01) == 0) ) ||
238                     ( (l == 2) && ((x&0x03) == 0) && ((y&0x03) == 0) ) ||
239                     ( (l == 3) && ((x&0x07) == 0) && ((y&0x07) == 0) ) ||
240                     ( (l == 4) && ((x&0x0F) == 0) && ((y&0x0F) == 0) ) )
241                 {
242                     sqt_node_t * node = remote_malloc( sizeof(sqt_node_t) , cxy ); 
243
244                     if( node == NULL )
245                     {
246                         printf("\n[ERROR] in %s : cannot allocate sqt_node in cluster %x\n",
247                         __FUNCTION__ , cxy );
248                         return -1;
249                     }
250
251                     barrier->node[x][y][l] = node;
252
253#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
254printf("\n[BARRIER] %s : sqt_node[%d][%d][%d] : vaddr = %x\n",
255__FUNCTION__ , x , y , l , node );
256#endif
257                 }
258            }
259        }
260    }
261           
262    // recursively initialize all SQT nodes from root to bottom
263    sqt_barrier_build( barrier,
264                       0,       
265                       0,
266                       levels-1,
267                       NULL,
268                       x_size,
269                       y_size,
270                       nthreads );
271
272    hal_user_fence();
273
274    return 0;
275
276}  // end pthread_barrier_init
277
278//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
279// This recursive function decrements the distributed "count" variables,
280// traversing the SQT from bottom to root.
281// The last arrived thread reset the local node before returning.
282//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
283static void sqt_barrier_decrement( sqt_node_t * node )
284{
285
286#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
287unsigned int    cxy;
288unsigned int    lid;
289get_core( &cxy , &lid );
290printf("\n[BARRIER] %s : core[%x,%d] decrement SQT barrier node %x :\n"
291" level = %d / parent = %x / arity = %d / sense = %d / count = %d\n",
292__FUNCTION__ , cxy , lid , (unsigned int)node , 
293node->level , node->parent, node->arity , node->sense , node->count );
294#endif
295
296    unsigned int expected;
297   
298    // compute expected sense value
299    if ( node->sense == 0) expected = 1;
300    else                   expected = 0;
301
302    // atomically decrement count
303    int count = hal_user_atomic_add( (int *)&node->count , -1 );
304
305    // last arrived thread makes the recursive call
306    if ( count == 1 )                                     // last thread 
307    {
308        // decrement the parent node if the current node is not the root
309        if ( node->parent != NULL )  sqt_barrier_decrement( node->parent );
310
311        // reset the current node
312        node->sense = expected;
313        node->count = node->arity;
314
315#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
316printf("\n[BARRIER] %s : core[%x,%d] reset SQT barrier node %x :\n"
317" level = %d / arity = %d / sense = %d / count = %d\n",
318__FUNCTION__ , cxy , lid , (unsigned int)node , 
319node->level , node->arity , node->sense , node->count );
320#endif
321        return;
322    }
323    else                                               // not the last thread
324    {
325        // poll sense
326        while( 1 )
327        {
328            if( node->sense == expected ) break;
329        }
330
331        return;
332    }
333} // end sqt_barrier_decrement()
334   
335///////////////////////////////////////////////////////
336int pthread_barrier_wait( pthread_barrier_t * barrier )
337{
338    // get calling core cluster
339    unsigned int    cxy;
340    unsigned int    lid;
341    get_core( &cxy , &lid );
342
343    // get calling core coordinate
344    unsigned int    x = cxy >> QDT_YWIDTH;
345    unsigned int    y = cxy &  QDT_YMASK;
346
347#if PTHREAD_BARRIER_DEBUG
348printf("\n[BARRIER] %s : enter for core[%x,%d] / barrier = %x / node = %x\n", 
349__FUNCTION__ , cxy , lid , barrier, barrier->node[x][y][0] );
350#endif
351
352    // recursively decrement count from bottom to root
353    sqt_barrier_decrement( barrier->node[x][y][0] );
354
355    hal_user_fence();
356
357    return 0;
358
359}  // end pthread_barrier_wait()
360
361////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
362//                               Mutexes
363////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
364
365//////////////////////////////////////////////////////////
366int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t           * mutex,
367                        const pthread_mutexattr_t * attr )
368{
369    if( attr != NULL )
370    {
371        printf("\n[ERROR] in %s : <attr> argument not supported\n", __FUNCTION__);
372        return -1;
373    }
374
375    mutex->current = 0;
376    mutex->free    = 0;
377
378#if PTHEAD_MUTEX_DEBUG
379unsigned int cxy;
380unsigned int lid;
381get_core( &cxy , &lid );
382printf("\n[MUTEX DEBUG] %s : core[%x,%d] initializes mutex %x\n",
383__FUNCTION__, cxy, lid, mutex );
384#endif
385
386    return 0;
387}
388
389/////////////////////////////////////////////////
390int pthread_mutex_lock( pthread_mutex_t * mutex ) 
391{
392    unsigned int          ticket;
393
394    // get next free ticket
395    ticket = (unsigned int)hal_user_atomic_add( (int *)&mutex->free, 1 );
396
397#if PTHREAD_MUTEX_DEBUG
398unsigned int cxy;
399unsigned int lid;
400get_core( &cxy , &lid );
401printf("\n[MUTEX DEBUG] %s : core[%x,%d] get ticket %d\n",
402" / mutex = %x / current = %d / free = %d\n",
403__FUNCTION__, cxy, lid, ticket, mutex, mutex->current, mutex->free );
404#endif
405
406    // poll the current index
407    while( 1 )
408    {
409        if( mutex->current == ticket) break;
410    }
411               
412#if PTHREAD_MUTEX_DEBUG
413printf("\n[MUTEX DEBUG] %s : core[%x,%d] get mutex %x / current = %d / free = %d\n",
414__FUNCTION__, cxy, lid, mutex, mutex->current, mutex->free );
415#endif
416
417    return 0;
418}
419
420////////////////////////////////////////////////////
421int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t * mutex )
422{
423    unsigned int          ticket;
424
425    // get next free ticket
426    ticket = (unsigned int)hal_user_atomic_add( (int *)&mutex->free, 1 );
427
428#if PTHREAD_MUTEX_DEBUG
429unsigned int    cxy;
430unsigned int    lid;
431get_core( &cxy, &lid );
432printf("\n[MUTEX DEBUG] %s : core[%x,%d] get ticket = %d"
433" / mutex = %x / current = %d / free = %d\n",
434__FUNCTION__, cxy, lid, ticket, mutex, mutex->current, mutex->free );
435#endif
436
437    // test ticket
438    if( ticket == mutex->current ) return 0;       // success
439    else                           return -1;      // failure
440}
441   
442///////////////////////////////////////////////////
443int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex_t * mutex )
444{
445    hal_user_fence();
446
447    mutex->current = mutex->current + 1;
448
449#if PTHREAD_MUTEX_DEBUG
450unsigned int    cxy;
451unsigned int    lid;
452get_core( &cxy , &lid );
453printf("\n[MUTEX_DEBUG] %s : core[%x,%d] releases mutex %x"
454" / current = %d / free = %d\n",
455__FUNCTION__, cxy, lid, mutex, mutex->current, mutex->free );
456#endif
457
458    return 0;
459}
460
461
462// Local Variables:
463// tab-width: 4
464// c-basic-offset: 4
465// c-file-offsets:((innamespace . 0)(inline-open . 0))
466// indent-tabs-mode: nil
467// End:
468// vim: filetype=c:expandtab:shiftwidth=4:tabstop=4:softtabstop=4
469
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.