OSDN Git Service

2005-02-09 Sergey Rybin <rybin@adacore.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / ada / s-taprop.ads
1 ------------------------------------------------------------------------------
2 --                                                                          --
3 --                GNU ADA RUN-TIME LIBRARY (GNARL) COMPONENTS               --
4 --                                                                          --
5 --     S Y S T E M . T A S K _ P R I M I T I V E S .O P E R A T I O N S     --
6 --                                                                          --
7 --                                  S p e c                                 --
8 --                                                                          --
9 --          Copyright (C) 1992-2005, Free Software Foundation, Inc.         --
10 --                                                                          --
11 -- GNARL is free software; you can  redistribute it  and/or modify it under --
12 -- terms of the  GNU General Public License as published  by the Free Soft- --
13 -- ware  Foundation;  either version 2,  or (at your option) any later ver- --
14 -- sion. GNARL is distributed in the hope that it will be useful, but WITH- --
15 -- OUT ANY WARRANTY;  without even the  implied warranty of MERCHANTABILITY --
16 -- or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License --
17 -- for  more details.  You should have  received  a copy of the GNU General --
18 -- Public License  distributed with GNARL; see file COPYING.  If not, write --
19 -- to  the Free Software Foundation,  59 Temple Place - Suite 330,  Boston, --
20 -- MA 02111-1307, USA.                                                      --
21 --                                                                          --
22 -- As a special exception,  if other files  instantiate  generics from this --
23 -- unit, or you link  this unit with other files  to produce an executable, --
24 -- this  unit  does not  by itself cause  the resulting  executable  to  be --
25 -- covered  by the  GNU  General  Public  License.  This exception does not --
26 -- however invalidate  any other reasons why  the executable file  might be --
27 -- covered by the  GNU Public License.                                      --
28 --                                                                          --
29 -- GNARL was developed by the GNARL team at Florida State University.       --
30 -- Extensive contributions were provided by Ada Core Technologies, Inc.     --
31 --                                                                          --
32 ------------------------------------------------------------------------------
33
34 --  This package contains all the GNULL primitives that interface directly
35 --  with the underlying OS.
36
37 with System.Parameters;
38 --  used for Size_Type
39
40 with System.Tasking;
41 --  used for Task_Id
42
43 with System.OS_Interface;
44 --  used for Thread_Id
45
46 package System.Task_Primitives.Operations is
47
48    pragma Elaborate_Body;
49    package ST renames System.Tasking;
50    package OSI renames System.OS_Interface;
51
52    procedure Initialize (Environment_Task : ST.Task_Id);
53    --  Perform initialization and set up of the environment task for proper
54    --  operation of the tasking run-time. This must be called once, before any
55    --  other subprograms of this package are called.
56
57    procedure Create_Task
58      (T          : ST.Task_Id;
59       Wrapper    : System.Address;
60       Stack_Size : System.Parameters.Size_Type;
61       Priority   : System.Any_Priority;
62       Succeeded  : out Boolean);
63    pragma Inline (Create_Task);
64    --  Create a new low-level task with ST.Task_Id T and place other needed
65    --  information in the ATCB.
66    --
67    --  A new thread of control is created, with a stack of at least Stack_Size
68    --  storage units, and the procedure Wrapper is called by this new thread
69    --  of control. If Stack_Size = Unspecified_Storage_Size, choose a default
70    --  stack size; this may be effectively "unbounded" on some systems.
71    --
72    --  The newly created low-level task is associated with the ST.Task_Id T
73    --  such that any subsequent call to Self from within the context of the
74    --  low-level task returns T.
75    --
76    --  The caller is responsible for ensuring that the storage of the Ada
77    --  task control block object pointed to by T persists for the lifetime
78    --  of the new task.
79    --
80    --  Succeeded is set to true unless creation of the task failed,
81    --  as it may if there are insufficient resources to create another task.
82
83    procedure Enter_Task (Self_ID : ST.Task_Id);
84    pragma Inline (Enter_Task);
85    --  Initialize data structures specific to the calling task.
86    --  Self must be the ID of the calling task.
87    --  It must be called (once) by the task immediately after creation,
88    --  while abortion is still deferred.
89    --  The effects of other operations defined below are not defined
90    --  unless the caller has previously called Initialize_Task.
91
92    procedure Exit_Task;
93    pragma Inline (Exit_Task);
94    --  Destroy the thread of control.
95    --  Self must be the ID of the calling task.
96    --  The effects of further calls to operations defined below
97    --  on the task are undefined thereafter.
98
99    function New_ATCB (Entry_Num : ST.Task_Entry_Index) return ST.Task_Id;
100    pragma Inline (New_ATCB);
101    --  Allocate a new ATCB with the specified number of entries.
102
103    procedure Initialize_TCB (Self_ID : ST.Task_Id; Succeeded : out Boolean);
104    pragma Inline (Initialize_TCB);
105    --  Initialize all fields of the TCB
106
107    procedure Finalize_TCB (T : ST.Task_Id);
108    pragma Inline (Finalize_TCB);
109    --  Finalizes Private_Data of ATCB, and then deallocates it.
110    --  This is also responsible for recovering any storage or other resources
111    --  that were allocated by Create_Task (the one in this package).
112    --  This should only be called from Free_Task.
113    --  After it is called there should be no further
114    --  reference to the ATCB that corresponds to T.
115
116    procedure Abort_Task (T : ST.Task_Id);
117    pragma Inline (Abort_Task);
118    --  Abort the task specified by T (the target task). This causes
119    --  the target task to asynchronously raise Abort_Signal if
120    --  abort is not deferred, or if it is blocked on an interruptible
121    --  system call.
122    --
123    --  precondition:
124    --    the calling task is holding T's lock and has abort deferred
125    --
126    --  postcondition:
127    --    the calling task is holding T's lock and has abort deferred.
128
129    --  ??? modify GNARL to skip wakeup and always call Abort_Task
130
131    function Self return ST.Task_Id;
132    pragma Inline (Self);
133    --  Return a pointer to the Ada Task Control Block of the calling task.
134
135    type Lock_Level is
136      (PO_Level,
137       Global_Task_Level,
138       RTS_Lock_Level,
139       ATCB_Level);
140    --  Type used to describe kind of lock for second form of Initialize_Lock
141    --  call specified below.
142    --  See locking rules in System.Tasking (spec) for more details.
143
144    procedure Initialize_Lock (Prio : System.Any_Priority; L : access Lock);
145    procedure Initialize_Lock (L : access RTS_Lock; Level : Lock_Level);
146    pragma Inline (Initialize_Lock);
147    --  Initialize a lock object.
148    --
149    --  For Lock, Prio is the ceiling priority associated with the lock.
150    --  For RTS_Lock, the ceiling is implicitly Priority'Last.
151    --
152    --  If the underlying system does not support priority ceiling
153    --  locking, the Prio parameter is ignored.
154    --
155    --  The effect of either initialize operation is undefined unless L
156    --  is a lock object that has not been initialized, or which has been
157    --  finalized since it was last initialized.
158    --
159    --  The effects of the other operations on lock objects
160    --  are undefined unless the lock object has been initialized
161    --  and has not since been finalized.
162    --
163    --  Initialization of the per-task lock is implicit in Create_Task.
164    --
165    --  These operations raise Storage_Error if a lack of storage is detected.
166
167    procedure Finalize_Lock (L : access Lock);
168    procedure Finalize_Lock (L : access RTS_Lock);
169    pragma Inline (Finalize_Lock);
170    --  Finalize a lock object, freeing any resources allocated by the
171    --  corresponding Initialize_Lock operation.
172
173    procedure Write_Lock (L : access Lock; Ceiling_Violation : out Boolean);
174    procedure Write_Lock (L : access RTS_Lock; Global_Lock : Boolean := False);
175    procedure Write_Lock (T : ST.Task_Id);
176    pragma Inline (Write_Lock);
177    --  Lock a lock object for write access. After this operation returns,
178    --  the calling task holds write permission for the lock object. No other
179    --  Write_Lock or Read_Lock operation on the same lock object will return
180    --  until this task executes an Unlock operation on the same object. The
181    --  effect is undefined if the calling task already holds read or write
182    --  permission for the lock object L.
183    --
184    --  For the operation on Lock, Ceiling_Violation is set to true iff the
185    --  operation failed, which will happen if there is a priority ceiling
186    --  violation.
187    --
188    --  For the operation on RTS_Lock, Global_Lock should be set to True
189    --  if L is a global lock (Single_RTS_Lock, Global_Task_Lock).
190    --
191    --  For the operation on ST.Task_Id, the lock is the special lock object
192    --  associated with that task's ATCB. This lock has effective ceiling
193    --  priority high enough that it is safe to call by a task with any
194    --  priority in the range System.Priority. It is implicitly initialized
195    --  by task creation. The effect is undefined if the calling task already
196    --  holds T's lock, or has interrupt-level priority. Finalization of the
197    --  per-task lock is implicit in Exit_Task.
198
199    procedure Read_Lock (L : access Lock; Ceiling_Violation : out Boolean);
200    pragma Inline (Read_Lock);
201    --  Lock a lock object for read access. After this operation returns,
202    --  the calling task has non-exclusive read permission for the logical
203    --  resources that are protected by the lock. No other Write_Lock operation
204    --  on the same object will return until this task and any other tasks with
205    --  read permission for this lock have executed Unlock operation(s) on the
206    --  lock object. A Read_Lock for a lock object may return immediately while
207    --  there are tasks holding read permission, provided there are no tasks
208    --  holding write permission for the object. The effect is undefined if
209    --  the calling task already holds read or write permission for L.
210    --
211    --  Alternatively: An implementation may treat Read_Lock identically to
212    --  Write_Lock. This simplifies the implementation, but reduces the level
213    --  of concurrency that can be achieved.
214    --
215    --  Note that Read_Lock is not defined for RT_Lock and ST.Task_Id.
216    --  That is because (1) so far Read_Lock has always been implemented
217    --  the same as Write_Lock, (2) most lock usage inside the RTS involves
218    --  potential write access, and (3) implementations of priority ceiling
219    --  locking that make a reader-writer distinction have higher overhead.
220
221    procedure Unlock (L : access Lock);
222    procedure Unlock (L : access RTS_Lock; Global_Lock : Boolean := False);
223    procedure Unlock (T : ST.Task_Id);
224    pragma Inline (Unlock);
225    --  Unlock a locked lock object.
226    --
227    --  The effect is undefined unless the calling task holds read or write
228    --  permission for the lock L, and L is the lock object most recently
229    --  locked by the calling task for which the calling task still holds
230    --  read or write permission. (That is, matching pairs of Lock and Unlock
231    --  operations on each lock object must be properly nested.)
232
233    --  For the operation on RTS_Lock, Global_Lock should be set to True
234    --  if L is a global lock (Single_RTS_Lock, Global_Task_Lock).
235    --
236    --  Note that Write_Lock for RTS_Lock does not have an out-parameter.
237    --  RTS_Locks are used in situations where we have not made provision
238    --  for recovery from ceiling violations. We do not expect them to
239    --  occur inside the runtime system, because all RTS locks have ceiling
240    --  Priority'Last.
241
242    --  There is one way there can be a ceiling violation.
243    --  That is if the runtime system is called from a task that is
244    --  executing in the Interrupt_Priority range.
245
246    --  It is not clear what to do about ceiling violations due
247    --  to RTS calls done at interrupt priority. In general, it
248    --  is not acceptable to give all RTS locks interrupt priority,
249    --  since that whould give terrible performance on systems where
250    --  this has the effect of masking hardware interrupts, though we
251    --  could get away with allowing Interrupt_Priority'last where we
252    --  are layered on an OS that does not allow us to mask interrupts.
253    --  Ideally, we would like to raise Program_Error back at the
254    --  original point of the RTS call, but this would require a lot of
255    --  detailed analysis and recoding, with almost certain performance
256    --  penalties.
257
258    --  For POSIX systems, we considered just skipping setting a
259    --  priority ceiling on RTS locks. This would mean there is no
260    --  ceiling violation, but we would end up with priority inversions
261    --  inside the runtime system, resulting in failure to satisfy the
262    --  Ada priority rules, and possible missed validation tests.
263    --  This could be compensated-for by explicit priority-change calls
264    --  to raise the caller to Priority'Last whenever it first enters
265    --  the runtime system, but the expected overhead seems high, though
266    --  it might be lower than using locks with ceilings if the underlying
267    --  implementation of ceiling locks is an inefficient one.
268
269    --  This issue should be reconsidered whenever we get around to
270    --  checking for calls to potentially blocking operations from
271    --  within protected operations. If we check for such calls and
272    --  catch them on entry to the OS, it may be that we can eliminate
273    --  the possibility of ceiling violations inside the RTS. For this
274    --  to work, we would have to forbid explicitly setting the priority
275    --  of a task to anything in the Interrupt_Priority range, at least.
276    --  We would also have to check that there are no RTS-lock operations
277    --  done inside any operations that are not treated as potentially
278    --  blocking.
279
280    --  The latter approach seems to be the best, i.e. to check on entry
281    --  to RTS calls that may need to use locks that the priority is not
282    --  in the interrupt range. If there are RTS operations that NEED to
283    --  be called from interrupt handlers, those few RTS locks should then
284    --  be converted to PO-type locks, with ceiling Interrupt_Priority'Last.
285
286    --  For now, we will just shut down the system if there is a
287    --  ceiling violation.
288
289    procedure Yield (Do_Yield : Boolean := True);
290    pragma Inline (Yield);
291    --  Yield the processor. Add the calling task to the tail of the
292    --  ready queue for its active_priority.
293    --  The Do_Yield argument is only used in some very rare cases very
294    --  a yield should have an effect on a specific target and not on regular
295    --  ones.
296
297    procedure Set_Priority
298      (T : ST.Task_Id;
299       Prio : System.Any_Priority;
300       Loss_Of_Inheritance : Boolean := False);
301    pragma Inline (Set_Priority);
302    --  Set the priority of the task specified by T to T.Current_Priority.
303    --  The priority set is what would correspond to the Ada concept of
304    --  "base priority" in the terms of the lower layer system, but
305    --  the operation may be used by the upper layer to implement
306    --  changes in "active priority" that are not due to lock effects.
307    --  The effect should be consistent with the Ada Reference Manual.
308    --  In particular, when a task lowers its priority due to the loss of
309    --  inherited priority, it goes at the head of the queue for its new
310    --  priority (RM D.2.2 par 9). Loss_Of_Inheritance helps the underlying
311    --  implementation to do it right when the OS doesn't.
312
313    function Get_Priority (T : ST.Task_Id) return System.Any_Priority;
314    pragma Inline (Get_Priority);
315    --  Returns the priority last set by Set_Priority for this task.
316
317    function Monotonic_Clock return Duration;
318    pragma Inline (Monotonic_Clock);
319    --  Returns "absolute" time, represented as an offset relative to "the
320    --  Epoch", which is Jan 1, 1970. This clock implementation is immune to
321    --  the system's clock changes.
322
323    function RT_Resolution return Duration;
324    pragma Inline (RT_Resolution);
325    --  Returns resolution of the underlying clock used to implement RT_Clock
326
327    ----------------
328    -- Extensions --
329    ----------------
330
331    --  Whoever calls either of the Sleep routines is responsible
332    --  for checking for pending aborts before the call.
333    --  Pending priority changes are handled internally.
334
335    procedure Sleep
336      (Self_ID : ST.Task_Id;
337       Reason  : System.Tasking.Task_States);
338    pragma Inline (Sleep);
339    --  Wait until the current task, T,  is signaled to wake up.
340    --
341    --  precondition:
342    --    The calling task is holding its own ATCB lock
343    --    and has abort deferred
344    --
345    --  postcondition:
346    --    The calling task is holding its own ATCB lock
347    --    and has abort deferred.
348
349    --  The effect is to atomically unlock T's lock and wait, so that another
350    --  task that is able to lock T's lock can be assured that the wait has
351    --  actually commenced, and that a Wakeup operation will cause the waiting
352    --  task to become ready for execution once again. When Sleep returns,
353    --  the waiting task will again hold its own ATCB lock. The waiting task
354    --  may become ready for execution at any time (that is, spurious wakeups
355    --  are permitted), but it will definitely become ready for execution when
356    --  a Wakeup operation is performed for the same task.
357
358    procedure Timed_Sleep
359      (Self_ID  : ST.Task_Id;
360       Time     : Duration;
361       Mode     : ST.Delay_Modes;
362       Reason   : System.Tasking.Task_States;
363       Timedout : out Boolean;
364       Yielded  : out Boolean);
365    --  Combination of Sleep (above) and Timed_Delay
366
367    procedure Timed_Delay
368      (Self_ID : ST.Task_Id;
369       Time    : Duration;
370       Mode    : ST.Delay_Modes);
371    --  Implement the semantics of the delay statement. It is assumed that
372    --  the caller is not abort-deferred and does not hold any locks.
373
374    procedure Wakeup
375      (T      : ST.Task_Id;
376       Reason : System.Tasking.Task_States);
377    pragma Inline (Wakeup);
378    --  Wake up task T if it is waiting on a Sleep call (of ordinary
379    --  or timed variety), making it ready for execution once again.
380    --  If the task T is not waiting on a Sleep, the operation has no effect.
381
382    function Environment_Task return ST.Task_Id;
383    pragma Inline (Environment_Task);
384    --  Return the task ID of the environment task
385    --  Consider putting this into a variable visible directly
386    --  by the rest of the runtime system. ???
387
388    function Get_Thread_Id (T : ST.Task_Id) return OSI.Thread_Id;
389    --  Return the thread id of the specified task
390
391    function Is_Valid_Task return Boolean;
392    pragma Inline (Is_Valid_Task);
393    --  Does the calling thread have an ATCB?
394
395    function Register_Foreign_Thread return ST.Task_Id;
396    --  Allocate and initialize a new ATCB for the current thread
397
398    -----------------------
399    -- RTS Entrance/Exit --
400    -----------------------
401
402    --  Following two routines are used for possible operations needed
403    --  to be setup/cleared upon entrance/exit of RTS while maintaining
404    --  a single thread of control in the RTS. Since we intend these
405    --  routines to be used for implementing the Single_Lock RTS,
406    --  Lock_RTS should follow the first Defer_Abortion operation
407    --  entering RTS. In the same fashion Unlock_RTS should preceed
408    --  the last Undefer_Abortion exiting RTS.
409    --
410    --  These routines also replace the functions Lock/Unlock_All_Tasks_List
411
412    procedure Lock_RTS;
413    --  Take the global RTS lock.
414
415    procedure Unlock_RTS;
416    --  Release the global RTS lock.
417
418    --------------------
419    -- Stack Checking --
420    --------------------
421
422    --  Stack checking in GNAT is done using the concept of stack probes. A
423    --  stack probe is an operation that will generate a storage error if
424    --  an insufficient amount of stack space remains in the current task.
425
426    --  The exact mechanism for a stack probe is target dependent. Typical
427    --  possibilities are to use a load from a non-existent page, a store
428    --  to a read-only page, or a comparison with some stack limit constant.
429    --  Where possible we prefer to use a trap on a bad page access, since
430    --  this has less overhead. The generation of stack probes is either
431    --  automatic if the ABI requires it (as on for example DEC Unix), or
432    --  is controlled by the gcc parameter -fstack-check.
433
434    --  When we are using bad-page accesses, we need a bad page, called a
435    --  guard page, at the end of each task stack. On some systems, this
436    --  is provided automatically, but on other systems, we need to create
437    --  the guard page ourselves, and the procedure Stack_Guard is provided
438    --  for this purpose.
439
440    procedure Stack_Guard (T : ST.Task_Id; On : Boolean);
441    --  Ensure guard page is set if one is needed and the underlying thread
442    --  system does not provide it. The procedure is as follows:
443    --
444    --    1. When we create a task adjust its size so a guard page can
445    --       safely be set at the bottom of the stack
446    --
447    --    2. When the thread is created (and its stack allocated by the
448    --       underlying thread system), get the stack base (and size, depending
449    --       how the stack is growing), and create the guard page taking care of
450    --       page boundaries issues.
451    --
452    --    3. When the task is destroyed, remove the guard page.
453    --
454    --  If On is true then protect the stack bottom (i.e make it read only)
455    --  else unprotect it (i.e. On is True for the call when creating a task,
456    --  and False when a task is destroyed).
457    --
458    --  The call to Stack_Guard has no effect if guard pages are not used on
459    --  the target, or if guard pages are automatically provided by the system.
460
461    -----------------------------------------
462    -- Runtime System Debugging Interfaces --
463    -----------------------------------------
464
465    --  These interfaces have been added to assist in debugging the
466    --  tasking runtime system.
467
468    function Check_Exit (Self_ID : ST.Task_Id) return Boolean;
469    pragma Inline (Check_Exit);
470    --  Check that the current task is holding only Global_Task_Lock.
471
472    function Check_No_Locks (Self_ID : ST.Task_Id) return Boolean;
473    pragma Inline (Check_No_Locks);
474    --  Check that current task is holding no locks.
475
476    function Suspend_Task
477      (T           : ST.Task_Id;
478       Thread_Self : OSI.Thread_Id) return Boolean;
479    --  Suspend a specific task when the underlying thread library provides
480    --  such functionality, unless the thread associated with T is Thread_Self.
481    --  Such functionality is needed by gdb on some targets (e.g VxWorks)
482    --  Return True is the operation is successful
483
484    function Resume_Task
485      (T           : ST.Task_Id;
486       Thread_Self : OSI.Thread_Id) return Boolean;
487    --  Resume a specific task when the underlying thread library provides
488    --  such functionality, unless the thread associated with T is Thread_Self.
489    --  Such functionality is needed by gdb on some targets (e.g VxWorks)
490    --  Return True is the operation is successful
491
492 end System.Task_Primitives.Operations;