Documentation/RCU/checklist.txt

   1 Review Checklist for RCU Patches
   2
   3
   4 This document contains a checklist for producing and reviewing patches
   5 that make use of RCU.  Violating any of the rules listed below will
   6 result in the same sorts of problems that leaving out a locking primitive
   7 would cause.  This list is based on experiences reviewing such patches
   8 over a rather long period of time, but improvements are always welcome!
   9
  10 0.      Is RCU being applied to a read-mostly situation?  If the data
  11         structure is updated more than about 10% of the time, then
  12         you should strongly consider some other approach, unless
  13         detailed performance measurements show that RCU is nonetheless
  14         the right tool for the job.
  15
  16         The other exception would be where performance is not an issue,
  17         and RCU provides a simpler implementation.  An example of this
  18         situation is the dynamic NMI code in the Linux 2.6 kernel,
  19         at least on architectures where NMIs are rare.
  20
  21 1.      Does the update code have proper mutual exclusion?
  22
  23         RCU does allow -readers- to run (almost) naked, but -writers- must
  24         still use some sort of mutual exclusion, such as:
  25
  26         a.      locking,
  27         b.      atomic operations, or
  28         c.      restricting updates to a single task.
  29
  30         If you choose #b, be prepared to describe how you have handled
  31         memory barriers on weakly ordered machines (pretty much all of
  32         them -- even x86 allows reads to be reordered), and be prepared
  33         to explain why this added complexity is worthwhile.  If you
  34         choose #c, be prepared to explain how this single task does not
  35         become a major bottleneck on big multiprocessor machines (for
  36         example, if the task is updating information relating to itself
  37         that other tasks can read, there by definition can be no
  38         bottleneck).
  39
  40 2.      Do the RCU read-side critical sections make proper use of
  41         rcu_read_lock() and friends?  These primitives are needed
  42         to suppress preemption (or bottom halves, in the case of
  43         rcu_read_lock_bh()) in the read-side critical sections,
  44         and are also an excellent aid to readability.
  45
  46         As a rough rule of thumb, any dereference of an RCU-protected
  47         pointer must be covered by rcu_read_lock() or rcu_read_lock_bh()
  48         or by the appropriate update-side lock.
  49
  50 3.      Does the update code tolerate concurrent accesses?
  51
  52         The whole point of RCU is to permit readers to run without
  53         any locks or atomic operations.  This means that readers will
  54         be running while updates are in progress.  There are a number
  55         of ways to handle this concurrency, depending on the situation:
  56
  57         a.      Make updates appear atomic to readers.  For example,
  58                 pointer updates to properly aligned fields will appear
  59                 atomic, as will individual atomic primitives.  Operations
  60                 performed under a lock and sequences of multiple atomic
  61                 primitives will -not- appear to be atomic.
  62
  63                 This is almost always the best approach.
  64
  65         b.      Carefully order the updates and the reads so that
  66                 readers see valid data at all phases of the update.
  67                 This is often more difficult than it sounds, especially
  68                 given modern CPUs' tendency to reorder memory references.
  69                 One must usually liberally sprinkle memory barriers
  70                 (smp_wmb(), smp_rmb(), smp_mb()) through the code,
  71                 making it difficult to understand and to test.
  72
  73                 It is usually better to group the changing data into
  74                 a separate structure, so that the change may be made
  75                 to appear atomic by updating a pointer to reference
  76                 a new structure containing updated values.
  77
  78 4.      Weakly ordered CPUs pose special challenges.  Almost all CPUs
  79         are weakly ordered -- even i386 CPUs allow reads to be reordered.
  80         RCU code must take all of the following measures to prevent
  81         memory-corruption problems:
  82
  83         a.      Readers must maintain proper ordering of their memory
  84                 accesses.  The rcu_dereference() primitive ensures that
  85                 the CPU picks up the pointer before it picks up the data
  86                 that the pointer points to.  This really is necessary
  87                 on Alpha CPUs.  If you don't believe me, see:
  88
  89                         http://www.openvms.compaq.com/wizard/wiz_2637.html
  90
  91                 The rcu_dereference() primitive is also an excellent
  92                 documentation aid, letting the person reading the code
  93                 know exactly which pointers are protected by RCU.
  94
  95                 The rcu_dereference() primitive is used by the various
  96                 "_rcu()" list-traversal primitives, such as the
  97                 list_for_each_entry_rcu().  Note that it is perfectly
  98                 legal (if redundant) for update-side code to use
  99                 rcu_dereference() and the "_rcu()" list-traversal
 100                 primitives.  This is particularly useful in code
 101                 that is common to readers and updaters.
 102
 103         b.      If the list macros are being used, the list_add_tail_rcu()
 104                 and list_add_rcu() primitives must be used in order
 105                 to prevent weakly ordered machines from misordering
 106                 structure initialization and pointer planting.
 107                 Similarly, if the hlist macros are being used, the
 108                 hlist_add_head_rcu() primitive is required.
 109
 110         c.      If the list macros are being used, the list_del_rcu()
 111                 primitive must be used to keep list_del()'s pointer
 112                 poisoning from inflicting toxic effects on concurrent
 113                 readers.  Similarly, if the hlist macros are being used,
 114                 the hlist_del_rcu() primitive is required.
 115
 116                 The list_replace_rcu() primitive may be used to
 117                 replace an old structure with a new one in an
 118                 RCU-protected list.
 119
 120         d.      Updates must ensure that initialization of a given
 121                 structure happens before pointers to that structure are
 122                 publicized.  Use the rcu_assign_pointer() primitive
 123                 when publicizing a pointer to a structure that can
 124                 be traversed by an RCU read-side critical section.
 125
 126 5.      If call_rcu(), or a related primitive such as call_rcu_bh(),
 127         is used, the callback function must be written to be called
 128         from softirq context.  In particular, it cannot block.
 129
 130 6.      Since synchronize_rcu() can block, it cannot be called from
 131         any sort of irq context.
 132
 133 7.      If the updater uses call_rcu(), then the corresponding readers
 134         must use rcu_read_lock() and rcu_read_unlock().  If the updater
 135         uses call_rcu_bh(), then the corresponding readers must use
 136         rcu_read_lock_bh() and rcu_read_unlock_bh().  Mixing things up
 137         will result in confusion and broken kernels.
 138
 139         One exception to this rule: rcu_read_lock() and rcu_read_unlock()
 140         may be substituted for rcu_read_lock_bh() and rcu_read_unlock_bh()
 141         in cases where local bottom halves are already known to be
 142         disabled, for example, in irq or softirq context.  Commenting
 143         such cases is a must, of course!  And the jury is still out on
 144         whether the increased speed is worth it.
 145
 146 8.      Although synchronize_rcu() is a bit slower than is call_rcu(),
 147         it usually results in simpler code.  So, unless update performance
 148         is important or the updaters cannot block, synchronize_rcu()
 149         should be used in preference to call_rcu().
 150
 151 9.      All RCU list-traversal primitives, which include
 152         list_for_each_rcu(), list_for_each_entry_rcu(),
 153         list_for_each_continue_rcu(), and list_for_each_safe_rcu(),
 154         must be within an RCU read-side critical section.  RCU
 155         read-side critical sections are delimited by rcu_read_lock()
 156         and rcu_read_unlock(), or by similar primitives such as
 157         rcu_read_lock_bh() and rcu_read_unlock_bh().
 158
 159         Use of the _rcu() list-traversal primitives outside of an
 160         RCU read-side critical section causes no harm other than
 161         a slight performance degradation on Alpha CPUs.  It can
 162         also be quite helpful in reducing code bloat when common
 163         code is shared between readers and updaters.
 164
 165 10.     Conversely, if you are in an RCU read-side critical section,
 166         you -must- use the "_rcu()" variants of the list macros.
 167         Failing to do so will break Alpha and confuse people reading
 168         your code.
 169
 170 11.     Note that synchronize_rcu() -only- guarantees to wait until
 171         all currently executing rcu_read_lock()-protected RCU read-side
 172         critical sections complete.  It does -not- necessarily guarantee
 173         that all currently running interrupts, NMIs, preempt_disable()
 174         code, or idle loops will complete.  Therefore, if you do not have
 175         rcu_read_lock()-protected read-side critical sections, do -not-
 176         use synchronize_rcu().
 177
 178         If you want to wait for some of these other things, you might
 179         instead need to use synchronize_irq() or synchronize_sched().