// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Ldisc rw semaphore
 *
 * The ldisc semaphore is semantically a rw_semaphore but which enforces
 * an alternate policy, namely:
 *   1) Supports lock wait timeouts
 *   2) Write waiter has priority
 *   3) Downgrading is not supported
 *
 * Implementation notes:
 *   1) Upper half of semaphore count is a wait count (differs from rwsem
 * in that rwsem normalizes the upper half to the wait bias)
 *   2) Lacks overflow checking
 *
 * The generic counting was copied and modified from include/asm-generic/rwsem.h
 * by Paul Mackerras <paulus@samba.org>.
 *
 * The scheduling policy was copied and modified from lib/rwsem.c
 * Written by David Howells (dhowells@redhat.com).
 *
 * This implementation incorporates the write lock stealing work of
 * Michel Lespinasse <walken@google.com>.
 *
 * Copyright (C) 2013 Peter Hurley <peter@hurleysoftware.com>
 */

#include <linux/list.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/atomic.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/sched/debug.h>
#include <linux/sched/task.h>


#if BITS_PER_LONG == 64
# define LDSEM_ACTIVE_MASK 0xffffffffL
#else
# define LDSEM_ACTIVE_MASK 0x0000ffffL
#endif

#define LDSEM_UNLOCKED  0L
#define LDSEM_ACTIVE_BIAS 1L
#define LDSEM_WAIT_BIAS  (-LDSEM_ACTIVE_MASK-1)
#define LDSEM_READ_BIAS  LDSEM_ACTIVE_BIAS
#define LDSEM_WRITE_BIAS (LDSEM_WAIT_BIAS + LDSEM_ACTIVE_BIAS)

struct ldsem_waiter {
 struct list_head list;
 struct task_struct *task;
};

/*
 * Initialize an ldsem:
 */
void __init_ldsem(struct ld_semaphore *sem, const char *name,
    struct lock_class_key *key)
{
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
 /*
  * Make sure we are not reinitializing a held semaphore:
 */
 debug_check_no_locks_freed((void *)sem, sizeof(*sem));
 lockdep_init_map(&sem->dep_map, name, key, 0);
#endif
 atomic_long_set(&sem->count, LDSEM_UNLOCKED);
 sem->wait_readers = 0;
 raw_spin_lock_init(&sem->wait_lock);
 INIT_LIST_HEAD(&sem->read_wait);
 INIT_LIST_HEAD(&sem->write_wait);
}

static void __ldsem_wake_readers(struct ld_semaphore *sem)
{
 struct ldsem_waiter *waiter, *next;
 struct task_struct *tsk;
 long adjust, count;

 /*
  * Try to grant read locks to all readers on the read wait list.
  * Note the 'active part' of the count is incremented by
  * the number of readers before waking any processes up.
 */
 adjust = sem->wait_readers * (LDSEM_ACTIVE_BIAS - LDSEM_WAIT_BIAS);
 count = atomic_long_add_return(adjust, &sem->count);
 do {
  if (count > 0)
   break;
  if (atomic_long_try_cmpxchg(&sem->count, &count, count - adjust))
   return;
 } while (1);

 list_for_each_entry_safe(waiter, next, &sem->read_wait, list) {
  tsk = waiter->task;
  smp_store_release(&waiter->task, NULL);
  wake_up_process(tsk);
  put_task_struct(tsk);
 }
 INIT_LIST_HEAD(&sem->read_wait);
 sem->wait_readers = 0;
}

static inline int writer_trylock(struct ld_semaphore *sem)
{
 /*
  * Only wake this writer if the active part of the count can be
  * transitioned from 0 -> 1
 */
 long count = atomic_long_add_return(LDSEM_ACTIVE_BIAS, &sem->count);
 do {
  if ((count & LDSEM_ACTIVE_MASK) == LDSEM_ACTIVE_BIAS)
   return 1;
  if (atomic_long_try_cmpxchg(&sem->count, &count, count - LDSEM_ACTIVE_BIAS))
   return 0;
 } while (1);
}

static void __ldsem_wake_writer(struct ld_semaphore *sem)
{
 struct ldsem_waiter *waiter;

 waiter = list_entry(sem->write_wait.next, struct ldsem_waiter, list);
 wake_up_process(waiter->task);
}

/*
 * handle the lock release when processes blocked on it that can now run
 * - if we come here from up_xxxx(), then:
 *   - the 'active part' of count (&0x0000ffff) reached 0 (but may have changed)
 *   - the 'waiting part' of count (&0xffff0000) is -ve (and will still be so)
 * - the spinlock must be held by the caller
 * - woken process blocks are discarded from the list after having task zeroed
 */
static void __ldsem_wake(struct ld_semaphore *sem)
{
 if (!list_empty(&sem->write_wait))
  __ldsem_wake_writer(sem);
 else if (!list_empty(&sem->read_wait))
  __ldsem_wake_readers(sem);
}

static void ldsem_wake(struct ld_semaphore *sem)
{
 unsigned long flags;

 raw_spin_lock_irqsave(&sem->wait_lock, flags);
 __ldsem_wake(sem);
 raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->wait_lock, flags);
}

/*
 * wait for the read lock to be granted
 */
static struct ld_semaphore __sched *
down_read_failed(struct ld_semaphore *sem, long count, long timeout)
{
 struct ldsem_waiter waiter;
 long adjust = -LDSEM_ACTIVE_BIAS + LDSEM_WAIT_BIAS;

 /* set up my own style of waitqueue */
 raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);

 /*
  * Try to reverse the lock attempt but if the count has changed
  * so that reversing fails, check if there are no waiters,
  * and early-out if not
 */
 do {
  if (atomic_long_try_cmpxchg(&sem->count, &count, count + adjust)) {
   count += adjust;
   break;
  }
  if (count > 0) {
   raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
   return sem;
  }
 } while (1);

 list_add_tail(&waiter.list, &sem->read_wait);
 sem->wait_readers++;

 waiter.task = current;
 get_task_struct(current);

 /* if there are no active locks, wake the new lock owner(s) */
 if ((count & LDSEM_ACTIVE_MASK) == 0)
  __ldsem_wake(sem);

 raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);

 /* wait to be given the lock */
 for (;;) {
  set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);

  if (!smp_load_acquire(&waiter.task))
   break;
  if (!timeout)
   break;
  timeout = schedule_timeout(timeout);
 }

 __set_current_state(TASK_RUNNING);

 if (!timeout) {
  /*
   * Lock timed out but check if this task was just
   * granted lock ownership - if so, pretend there
   * was no timeout; otherwise, cleanup lock wait.
 */
  raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
  if (waiter.task) {
   atomic_long_add_return(-LDSEM_WAIT_BIAS, &sem->count);
   sem->wait_readers--;
   list_del(&waiter.list);
   raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
   put_task_struct(waiter.task);
   return NULL;
  }
  raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
 }

 return sem;
}

/*
 * wait for the write lock to be granted
 */
static struct ld_semaphore __sched *
down_write_failed(struct ld_semaphore *sem, long count, long timeout)
{
 struct ldsem_waiter waiter;
 long adjust = -LDSEM_ACTIVE_BIAS;
 int locked = 0;

 /* set up my own style of waitqueue */
 raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);

 /*
  * Try to reverse the lock attempt but if the count has changed
  * so that reversing fails, check if the lock is now owned,
  * and early-out if so.
 */
 do {
  if (atomic_long_try_cmpxchg(&sem->count, &count, count + adjust))
   break;
  if ((count & LDSEM_ACTIVE_MASK) == LDSEM_ACTIVE_BIAS) {
   raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
   return sem;
  }
 } while (1);

 list_add_tail(&waiter.list, &sem->write_wait);

 waiter.task = current;

 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 for (;;) {
  if (!timeout)
   break;
  raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);
  timeout = schedule_timeout(timeout);
  raw_spin_lock_irq(&sem->wait_lock);
  set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
  locked = writer_trylock(sem);
  if (locked)
   break;
 }

 if (!locked)
  atomic_long_add_return(-LDSEM_WAIT_BIAS, &sem->count);
 list_del(&waiter.list);

 /*
  * In case of timeout, wake up every reader who gave the right of way
  * to writer. Prevent separation readers into two groups:
  * one that helds semaphore and another that sleeps.
  * (in case of no contention with a writer)
 */
 if (!locked && list_empty(&sem->write_wait))
  __ldsem_wake_readers(sem);

 raw_spin_unlock_irq(&sem->wait_lock);

 __set_current_state(TASK_RUNNING);

 /* lock wait may have timed out */
 if (!locked)
  return NULL;
 return sem;
}



static int __ldsem_down_read_nested(struct ld_semaphore *sem,
        int subclass, long timeout)
{
 long count;

 rwsem_acquire_read(&sem->dep_map, subclass, 0, _RET_IP_);

 count = atomic_long_add_return(LDSEM_READ_BIAS, &sem->count);
 if (count <= 0) {
  lock_contended(&sem->dep_map, _RET_IP_);
  if (!down_read_failed(sem, count, timeout)) {
   rwsem_release(&sem->dep_map, _RET_IP_);
   return 0;
  }
 }
 lock_acquired(&sem->dep_map, _RET_IP_);
 return 1;
}

static int __ldsem_down_write_nested(struct ld_semaphore *sem,
         int subclass, long timeout)
{
 long count;

 rwsem_acquire(&sem->dep_map, subclass, 0, _RET_IP_);

 count = atomic_long_add_return(LDSEM_WRITE_BIAS, &sem->count);
 if ((count & LDSEM_ACTIVE_MASK) != LDSEM_ACTIVE_BIAS) {
  lock_contended(&sem->dep_map, _RET_IP_);
  if (!down_write_failed(sem, count, timeout)) {
   rwsem_release(&sem->dep_map, _RET_IP_);
   return 0;
  }
 }
 lock_acquired(&sem->dep_map, _RET_IP_);
 return 1;
}


/*
 * lock for reading -- returns 1 if successful, 0 if timed out
 */
int __sched ldsem_down_read(struct ld_semaphore *sem, long timeout)
{
 might_sleep();
 return __ldsem_down_read_nested(sem, 0, timeout);
}

/*
 * trylock for reading -- returns 1 if successful, 0 if contention
 */
int ldsem_down_read_trylock(struct ld_semaphore *sem)
{
 long count = atomic_long_read(&sem->count);

 while (count >= 0) {
  if (atomic_long_try_cmpxchg(&sem->count, &count, count + LDSEM_READ_BIAS)) {
   rwsem_acquire_read(&sem->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
   lock_acquired(&sem->dep_map, _RET_IP_);
   return 1;
  }
 }
 return 0;
}

/*
 * lock for writing -- returns 1 if successful, 0 if timed out
 */
int __sched ldsem_down_write(struct ld_semaphore *sem, long timeout)
{
 might_sleep();
 return __ldsem_down_write_nested(sem, 0, timeout);
}

/*
 * release a read lock
 */
void ldsem_up_read(struct ld_semaphore *sem)
{
 long count;

 rwsem_release(&sem->dep_map, _RET_IP_);

 count = atomic_long_add_return(-LDSEM_READ_BIAS, &sem->count);
 if (count < 0 && (count & LDSEM_ACTIVE_MASK) == 0)
  ldsem_wake(sem);
}

/*
 * release a write lock
 */
void ldsem_up_write(struct ld_semaphore *sem)
{
 long count;

 rwsem_release(&sem->dep_map, _RET_IP_);

 count = atomic_long_add_return(-LDSEM_WRITE_BIAS, &sem->count);
 if (count < 0)
  ldsem_wake(sem);
}


#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC

int ldsem_down_read_nested(struct ld_semaphore *sem, int subclass, long timeout)
{
 might_sleep();
 return __ldsem_down_read_nested(sem, subclass, timeout);
}

int ldsem_down_write_nested(struct ld_semaphore *sem, int subclass,
       long timeout)
{
 might_sleep();
 return __ldsem_down_write_nested(sem, subclass, timeout);
}

#endif