OSDN Git Service

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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 --                                                                          --
10 --          Copyright (C) 1992-2001, Free Software Foundation, Inc.         --
11 --                                                                          --
12 -- GNARL is free software; you can  redistribute it  and/or modify it under --
13 -- terms of the  GNU General Public License as published  by the Free Soft- --
14 -- ware  Foundation;  either version 2,  or (at your option) any later ver- --
15 -- sion. GNARL is distributed in the hope that it will be useful, but WITH- --
16 -- OUT ANY WARRANTY;  without even the  implied warranty of MERCHANTABILITY --
17 -- or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License --
18 -- for  more details.  You should have  received  a copy of the GNU General --
19 -- Public License  distributed with GNARL; see file COPYING.  If not, write --
20 -- to  the Free Software Foundation,  59 Temple Place - Suite 330,  Boston, --
21 -- MA 02111-1307, USA.                                                      --
22 --                                                                          --
23 -- As a special exception,  if other files  instantiate  generics from this --
24 -- unit, or you link  this unit with other files  to produce an executable, --
25 -- this  unit  does not  by itself cause  the resulting  executable  to  be --
26 -- covered  by the  GNU  General  Public  License.  This exception does not --
27 -- however invalidate  any other reasons why  the executable file  might be --
28 -- covered by the  GNU Public License.                                      --
29 --                                                                          --
30 -- GNARL was developed by the GNARL team at Florida State University. It is --
31 -- now maintained by Ada Core Technologies, Inc. (http://www.gnat.com).     --
32 --                                                                          --
33 ------------------------------------------------------------------------------
34
35 --  This package contains all the GNULL primitives that interface directly
36 --  with the underlying OS.
37
38 with System.Parameters;
39 --  used for Size_Type
40
41 with System.Tasking;
42 --  used for Task_ID
43
44 with System.OS_Interface;
45 --  used for Thread_Id
46
47 package System.Task_Primitives.Operations is
48
49    pragma Elaborate_Body;
50    package ST renames System.Tasking;
51    package OSI renames System.OS_Interface;
52
53    procedure Initialize (Environment_Task : ST.Task_ID);
54    pragma Inline (Initialize);
55    --  This must be called once, before any other subprograms of this
56    --  package are called.
57
58    procedure Create_Task
59      (T          : ST.Task_ID;
60       Wrapper    : System.Address;
61       Stack_Size : System.Parameters.Size_Type;
62       Priority   : System.Any_Priority;
63       Succeeded  : out Boolean);
64    pragma Inline (Create_Task);
65    --  Create a new low-level task with ST.Task_ID T and place other needed
66    --  information in the ATCB.
67    --
68    --  A new thread of control is created, with a stack of at least Stack_Size
69    --  storage units, and the procedure Wrapper is called by this new thread
70    --  of control. If Stack_Size = Unspecified_Storage_Size, choose a default
71    --  stack size; this may be effectively "unbounded" on some systems.
72    --
73    --  The newly created low-level task is associated with the ST.Task_ID T
74    --  such that any subsequent call to Self from within the context of the
75    --  low-level task returns T.
76    --
77    --  The caller is responsible for ensuring that the storage of the Ada
78    --  task control block object pointed to by T persists for the lifetime
79    --  of the new task.
80    --
81    --  Succeeded is set to true unless creation of the task failed,
82    --  as it may if there are insufficient resources to create another task.
83
84    procedure Enter_Task (Self_ID : ST.Task_ID);
85    pragma Inline (Enter_Task);
86    --  Initialize data structures specific to the calling task.
87    --  Self must be the ID of the calling task.
88    --  It must be called (once) by the task immediately after creation,
89    --  while abortion is still deferred.
90    --  The effects of other operations defined below are not defined
91    --  unless the caller has previously called Initialize_Task.
92
93    procedure Exit_Task;
94    pragma Inline (Exit_Task);
95    --  Destroy the thread of control.
96    --  Self must be the ID of the calling task.
97    --  The effects of further calls to operations defined below
98    --  on the task are undefined thereafter.
99
100    function New_ATCB (Entry_Num : ST.Task_Entry_Index) return ST.Task_ID;
101    pragma Inline (New_ATCB);
102    --  Allocate a new ATCB with the specified number of entries.
103
104    procedure Initialize_TCB (Self_ID : ST.Task_ID; Succeeded : out Boolean);
105    pragma Inline (Initialize_TCB);
106    --  Initialize all fields of the TCB
107
108    procedure Finalize_TCB (T : ST.Task_ID);
109    pragma Inline (Finalize_TCB);
110    --  Finalizes Private_Data of ATCB, and then deallocates it.
111    --  This is also responsible for recovering any storage or other resources
112    --  that were allocated by Create_Task (the one in this package).
113    --  This should only be called from Free_Task.
114    --  After it is called there should be no further
115    --  reference to the ATCB that corresponds to T.
116
117    procedure Abort_Task (T : ST.Task_ID);
118    pragma Inline (Abort_Task);
119    --  Abort the task specified by T (the target task). This causes
120    --  the target task to asynchronously raise Abort_Signal if
121    --  abort is not deferred, or if it is blocked on an interruptible
122    --  system call.
123    --
124    --  precondition:
125    --    the calling task is holding T's lock and has abort deferred
126    --
127    --  postcondition:
128    --    the calling task is holding T's lock and has abort deferred.
129
130    --  ??? modify GNARL to skip wakeup and always call Abort_Task
131
132    function Self return ST.Task_ID;
133    pragma Inline (Self);
134    --  Return a pointer to the Ada Task Control Block of the calling task.
135
136    type Lock_Level is
137      (PO_Level,
138       Global_Task_Level,
139       RTS_Lock_Level,
140       ATCB_Level);
141    --  Type used to describe kind of lock for second form of Initialize_Lock
142    --  call specified below.
143    --  See locking rules in System.Tasking (spec) for more details.
144
145    procedure Initialize_Lock (Prio : System.Any_Priority; L : access Lock);
146    procedure Initialize_Lock (L : access RTS_Lock; Level : Lock_Level);
147    pragma Inline (Initialize_Lock);
148    --  Initialize a lock object.
149    --
150    --  For Lock, Prio is the ceiling priority associated with the lock.
151    --  For RTS_Lock, the ceiling is implicitly Priority'Last.
152    --
153    --  If the underlying system does not support priority ceiling
154    --  locking, the Prio parameter is ignored.
155    --
156    --  The effect of either initialize operation is undefined unless L
157    --  is a lock object that has not been initialized, or which has been
158    --  finalized since it was last initialized.
159    --
160    --  The effects of the other operations on lock objects
161    --  are undefined unless the lock object has been initialized
162    --  and has not since been finalized.
163    --
164    --  Initialization of the per-task lock is implicit in Create_Task.
165    --
166    --  These operations raise Storage_Error if a lack of storage is detected.
167
168    procedure Finalize_Lock (L : access Lock);
169    procedure Finalize_Lock (L : access RTS_Lock);
170    pragma Inline (Finalize_Lock);
171    --  Finalize a lock object, freeing any resources allocated by the
172    --  corresponding Initialize_Lock operation.
173
174    procedure Write_Lock (L : access Lock; Ceiling_Violation : out Boolean);
175    procedure Write_Lock (L : access RTS_Lock; Global_Lock : Boolean := False);
176    procedure Write_Lock (T : ST.Task_ID);
177    pragma Inline (Write_Lock);
178    --  Lock a lock object for write access. After this operation returns,
179    --  the calling task holds write permission for the lock object. No other
180    --  Write_Lock or Read_Lock operation on the same lock object will return
181    --  until this task executes an Unlock operation on the same object. The
182    --  effect is undefined if the calling task already holds read or write
183    --  permission for the lock object L.
184    --
185    --  For the operation on Lock, Ceiling_Violation is set to true iff the
186    --  operation failed, which will happen if there is a priority ceiling
187    --  violation.
188    --
189    --  For the operation on RTS_Lock, Global_Lock should be set to True
190    --  if L is a global lock (Single_RTS_Lock, Global_Task_Lock).
191    --
192    --  For the operation on ST.Task_ID, the lock is the special lock object
193    --  associated with that task's ATCB. This lock has effective ceiling
194    --  priority high enough that it is safe to call by a task with any
195    --  priority in the range System.Priority. It is implicitly initialized
196    --  by task creation. The effect is undefined if the calling task already
197    --  holds T's lock, or has interrupt-level priority. Finalization of the
198    --  per-task lock is implicit in Exit_Task.
199
200    procedure Read_Lock (L : access Lock; Ceiling_Violation : out Boolean);
201    pragma Inline (Read_Lock);
202    --  Lock a lock object for read access. After this operation returns,
203    --  the calling task has non-exclusive read permission for the logical
204    --  resources that are protected by the lock. No other Write_Lock operation
205    --  on the same object will return until this task and any other tasks with
206    --  read permission for this lock have executed Unlock operation(s) on the
207    --  lock object. A Read_Lock for a lock object may return immediately while
208    --  there are tasks holding read permission, provided there are no tasks
209    --  holding write permission for the object. The effect is undefined if
210    --  the calling task already holds read or write permission for L.
211    --
212    --  Alternatively: An implementation may treat Read_Lock identically to
213    --  Write_Lock. This simplifies the implementation, but reduces the level
214    --  of concurrency that can be achieved.
215    --
216    --  Note that Read_Lock is not defined for RT_Lock and ST.Task_ID.
217    --  That is because (1) so far Read_Lock has always been implemented
218    --  the same as Write_Lock, (2) most lock usage inside the RTS involves
219    --  potential write access, and (3) implementations of priority ceiling
220    --  locking that make a reader-writer distinction have higher overhead.
221
222    procedure Unlock (L : access Lock);
223    procedure Unlock (L : access RTS_Lock; Global_Lock : Boolean := False);
224    procedure Unlock (T : ST.Task_ID);
225    pragma Inline (Unlock);
226    --  Unlock a locked lock object.
227    --
228    --  The effect is undefined unless the calling task holds read or write
229    --  permission for the lock L, and L is the lock object most recently
230    --  locked by the calling task for which the calling task still holds
231    --  read or write permission. (That is, matching pairs of Lock and Unlock
232    --  operations on each lock object must be properly nested.)
233
234    --  For the operation on RTS_Lock, Global_Lock should be set to True
235    --  if L is a global lock (Single_RTS_Lock, Global_Task_Lock).
236    --
237    --  Note that Write_Lock for RTS_Lock does not have an out-parameter.
238    --  RTS_Locks are used in situations where we have not made provision
239    --  for recovery from ceiling violations. We do not expect them to
240    --  occur inside the runtime system, because all RTS locks have ceiling
241    --  Priority'Last.
242
243    --  There is one way there can be a ceiling violation.
244    --  That is if the runtime system is called from a task that is
245    --  executing in the Interrupt_Priority range.
246
247    --  It is not clear what to do about ceiling violations due
248    --  to RTS calls done at interrupt priority. In general, it
249    --  is not acceptable to give all RTS locks interrupt priority,
250    --  since that whould give terrible performance on systems where
251    --  this has the effect of masking hardware interrupts, though we
252    --  could get away with allowing Interrupt_Priority'last where we
253    --  are layered on an OS that does not allow us to mask interrupts.
254    --  Ideally, we would like to raise Program_Error back at the
255    --  original point of the RTS call, but this would require a lot of
256    --  detailed analysis and recoding, with almost certain performance
257    --  penalties.
258
259    --  For POSIX systems, we considered just skipping setting a
260    --  priority ceiling on RTS locks. This would mean there is no
261    --  ceiling violation, but we would end up with priority inversions
262    --  inside the runtime system, resulting in failure to satisfy the
263    --  Ada priority rules, and possible missed validation tests.
264    --  This could be compensated-for by explicit priority-change calls
265    --  to raise the caller to Priority'Last whenever it first enters
266    --  the runtime system, but the expected overhead seems high, though
267    --  it might be lower than using locks with ceilings if the underlying
268    --  implementation of ceiling locks is an inefficient one.
269
270    --  This issue should be reconsidered whenever we get around to
271    --  checking for calls to potentially blocking operations from
272    --  within protected operations. If we check for such calls and
273    --  catch them on entry to the OS, it may be that we can eliminate
274    --  the possibility of ceiling violations inside the RTS. For this
275    --  to work, we would have to forbid explicitly setting the priority
276    --  of a task to anything in the Interrupt_Priority range, at least.
277    --  We would also have to check that there are no RTS-lock operations
278    --  done inside any operations that are not treated as potentially
279    --  blocking.
280
281    --  The latter approach seems to be the best, i.e. to check on entry
282    --  to RTS calls that may need to use locks that the priority is not
283    --  in the interrupt range. If there are RTS operations that NEED to
284    --  be called from interrupt handlers, those few RTS locks should then
285    --  be converted to PO-type locks, with ceiling Interrupt_Priority'Last.
286
287    --  For now, we will just shut down the system if there is a
288    --  ceiling violation.
289
290    procedure Yield (Do_Yield : Boolean := True);
291    pragma Inline (Yield);
292    --  Yield the processor. Add the calling task to the tail of the
293    --  ready queue for its active_priority.
294    --  The Do_Yield argument is only used in some very rare cases very
295    --  a yield should have an effect on a specific target and not on regular
296    --  ones.
297
298    procedure Set_Priority
299      (T : ST.Task_ID;
300       Prio : System.Any_Priority;
301       Loss_Of_Inheritance : Boolean := False);
302    pragma Inline (Set_Priority);
303    --  Set the priority of the task specified by T to T.Current_Priority.
304    --  The priority set is what would correspond to the Ada concept of
305    --  "base priority" in the terms of the lower layer system, but
306    --  the operation may be used by the upper layer to implement
307    --  changes in "active priority" that are not due to lock effects.
308    --  The effect should be consistent with the Ada Reference Manual.
309    --  In particular, when a task lowers its priority due to the loss of
310    --  inherited priority, it goes at the head of the queue for its new
311    --  priority (RM D.2.2 par 9).
312    --  Loss_Of_Inheritance helps the underlying implementation to do it
313    --  right when the OS doesn't.
314
315    function Get_Priority (T : ST.Task_ID) return System.Any_Priority;
316    pragma Inline (Get_Priority);
317    --  Returns the priority last set by Set_Priority for this task.
318
319    function Monotonic_Clock return Duration;
320    pragma Inline (Monotonic_Clock);
321    --  Returns "absolute" time, represented as an offset
322    --  relative to "the Epoch", which is Jan 1, 1970.
323    --  This clock implementation is immune to the system's clock changes.
324
325    function RT_Resolution return Duration;
326    pragma Inline (RT_Resolution);
327    --  Returns the resolution of the underlying clock used to implement
328    --  RT_Clock.
329
330    ----------------
331    -- Extensions --
332    ----------------
333
334    --  Whoever calls either of the Sleep routines is responsible
335    --  for checking for pending aborts before the call.
336    --  Pending priority changes are handled internally.
337
338    procedure Sleep
339      (Self_ID  : ST.Task_ID;
340       Reason   : System.Tasking.Task_States);
341    pragma Inline (Sleep);
342    --  Wait until the current task, T,  is signaled to wake up.
343    --
344    --  precondition:
345    --    The calling task is holding its own ATCB lock
346    --    and has abort deferred
347    --
348    --  postcondition:
349    --    The calling task is holding its own ATCB lock
350    --    and has abort deferred.
351
352    --  The effect is to atomically unlock T's lock and wait, so that another
353    --  task that is able to lock T's lock can be assured that the wait has
354    --  actually commenced, and that a Wakeup operation will cause the waiting
355    --  task to become ready for execution once again. When Sleep returns,
356    --  the waiting task will again hold its own ATCB lock. The waiting task
357    --  may become ready for execution at any time (that is, spurious wakeups
358    --  are permitted), but it will definitely become ready for execution when
359    --  a Wakeup operation is performed for the same task.
360
361    procedure Timed_Sleep
362      (Self_ID  : ST.Task_ID;
363       Time     : Duration;
364       Mode     : ST.Delay_Modes;
365       Reason   : System.Tasking.Task_States;
366       Timedout : out Boolean;
367       Yielded  : out Boolean);
368    --  Combination of Sleep (above) and Timed_Delay
369
370    procedure Timed_Delay
371      (Self_ID  : ST.Task_ID;
372       Time     : Duration;
373       Mode     : ST.Delay_Modes);
374    --  Implements the semantics of the delay statement. It is assumed that
375    --  the caller is not abort-deferred and does not hold any locks.
376
377    procedure Wakeup
378      (T      : ST.Task_ID;
379       Reason : System.Tasking.Task_States);
380    pragma Inline (Wakeup);
381    --  Wake up task T if it is waiting on a Sleep call (of ordinary
382    --  or timed variety), making it ready for execution once again.
383    --  If the task T is not waiting on a Sleep, the operation has no effect.
384
385    function Environment_Task return ST.Task_ID;
386    pragma Inline (Environment_Task);
387    --  returns the task ID of the environment task
388    --  Consider putting this into a variable visible directly
389    --  by the rest of the runtime system. ???
390
391    function Get_Thread_Id (T : ST.Task_ID) return OSI.Thread_Id;
392    --  returns the thread id of the specified task.
393
394    -----------------------
395    -- RTS Entrance/Exit --
396    -----------------------
397
398    --  Following two routines are used for possible operations needed
399    --  to be setup/cleared upon entrance/exit of RTS while maintaining
400    --  a single thread of control in the RTS. Since we intend these
401    --  routines to be used for implementing the Single_Lock RTS,
402    --  Lock_RTS should follow the first Defer_Abortion operation
403    --  entering RTS. In the same fashion Unlock_RTS should preceed
404    --  the last Undefer_Abortion exiting RTS.
405    --
406    --  These routines also replace the functions Lock/Unlock_All_Tasks_List
407
408    procedure Lock_RTS;
409    --  Take the global RTS lock.
410
411    procedure Unlock_RTS;
412    --  Release the global RTS lock.
413
414    --------------------
415    -- Stack Checking --
416    --------------------
417
418    --  Stack checking in GNAT is done using the concept of stack probes. A
419    --  stack probe is an operation that will generate a storage error if
420    --  an insufficient amount of stack space remains in the current task.
421
422    --  The exact mechanism for a stack probe is target dependent. Typical
423    --  possibilities are to use a load from a non-existent page, a store
424    --  to a read-only page, or a comparison with some stack limit constant.
425    --  Where possible we prefer to use a trap on a bad page access, since
426    --  this has less overhead. The generation of stack probes is either
427    --  automatic if the ABI requires it (as on for example DEC Unix), or
428    --  is controlled by the gcc parameter -fstack-check.
429
430    --  When we are using bad-page accesses, we need a bad page, called a
431    --  guard page, at the end of each task stack. On some systems, this
432    --  is provided automatically, but on other systems, we need to create
433    --  the guard page ourselves, and the procedure Stack_Guard is provided
434    --  for this purpose.
435
436    procedure Stack_Guard (T : ST.Task_ID; On : Boolean);
437    --  Ensure guard page is set if one is needed and the underlying thread
438    --  system does not provide it. The procedure is as follows:
439    --
440    --    1. When we create a task adjust its size so a guard page can
441    --       safely be set at the bottom of the stack
442    --
443    --    2. When the thread is created (and its stack allocated by the
444    --       underlying thread system), get the stack base (and size, depending
445    --       how the stack is growing), and create the guard page taking care of
446    --       page boundaries issues.
447    --
448    --    3. When the task is destroyed, remove the guard page.
449    --
450    --  If On is true then protect the stack bottom (i.e make it read only)
451    --  else unprotect it (i.e. On is True for the call when creating a task,
452    --  and False when a task is destroyed).
453    --
454    --  The call to Stack_Guard has no effect if guard pages are not used on
455    --  the target, or if guard pages are automatically provided by the system.
456
457    -----------------------------------------
458    -- Runtime System Debugging Interfaces --
459    -----------------------------------------
460
461    --  These interfaces have been added to assist in debugging the
462    --  tasking runtime system.
463
464    function Check_Exit (Self_ID : ST.Task_ID) return Boolean;
465    pragma Inline (Check_Exit);
466    --  Check that the current task is holding only Global_Task_Lock.
467
468    function Check_No_Locks (Self_ID : ST.Task_ID) return Boolean;
469    pragma Inline (Check_No_Locks);
470    --  Check that current task is holding no locks.
471
472    function Suspend_Task
473      (T           : ST.Task_ID;
474       Thread_Self : OSI.Thread_Id)
475       return        Boolean;
476    --  Suspend a specific task when the underlying thread library provides
477    --  such functionality, unless the thread associated with T is Thread_Self.
478    --  Such functionality is needed by gdb on some targets (e.g VxWorks)
479    --  Return True is the operation is successful
480
481    function Resume_Task
482      (T           : ST.Task_ID;
483       Thread_Self : OSI.Thread_Id)
484       return        Boolean;
485    --  Resume a specific task when the underlying thread library provides
486    --  such functionality, unless the thread associated with T is Thread_Self.
487    --  Such functionality is needed by gdb on some targets (e.g VxWorks)
488    --  Return True is the operation is successful
489
490 end System.Task_Primitives.Operations;