6.3.3 drm_exec —— 多 BO 无死锁加锁框架

6.3.2 剖析的 ww_mutex 提供了多锁死锁避免的原语，但其「取号 → 遍历加锁 → 遇 -EDEADLK 回退 → 从冲突锁重试」的样板逻辑，若由每个驱动手写，既繁琐又极易在错误路径上遗漏回退而泄漏锁。drm_exec 正是对这一模式的官方封装：调用方只需声明"要锁哪些 GEM 对象、各预留几个 fence slot"，回退与重试全部交由框架处理。第八章命令提交的 amdgpu_cs_parser_bos、以及页表更新等所有批量锁 BO 的路径，都建立在它之上。

1. 它解决什么

drm_exec 的职责，用其源码 DOC 的原话即：“abstracts the retry loop necessary for locking multiple GEM objects”——抽象出锁定多个 GEM 对象所必需的重试循环。其行为约定为：

• 一旦在加锁某对象时检测到竞争（ww_mutex 返回 -EDEADLK），清理流程会解锁此前已锁定的全部对象，并在重来时优先锁定那个引发冲突的对象；
• 对象锁定后，可选择在其 dma_resv 上预留 fence slot，供后续无分配地挂载 fence。

2. 数据结构

struct drm_exec {
u32 flags; /* DRM_EXEC_INTERRUPTIBLE_WAIT / IGNORE_DUPLICATES */
struct ww_acquire_ctx ticket; /* 6.3.2 的 acquire context（事务票据）*/
unsigned int num_objects; /* 已锁定对象数 */
unsigned int max_objects; /* objects 数组容量 */
struct drm_gem_object **objects; /* 已锁定对象数组 */
struct drm_gem_object *contended; /* 上次因竞争而回退的对象 */
struct drm_gem_object *prelocked; /* 回退后已抢先锁住的对象 */
};

其中 ticket 即 6.3.2 的 ww_acquire_ctx——drm_exec 本质上就是围绕一个 ww_acquire_ctx 管理一组 GEM 对象锁的容器。contended 与 prelocked 是回退机制的关键：前者记住"上次锁不上的那个对象"，后者标记"重来时已把它抢先锁住"。

3. 使用范式

标准用法由一组宏构成（源码 DOC 给出的模板）：

struct drm_exec exec;
struct drm_gem_object *obj;
unsigned long index;

drm_exec_init(&exec, DRM_EXEC_INTERRUPTIBLE_WAIT, 0);
drm_exec_until_all_locked(&exec) {
ret = drm_exec_prepare_obj(&exec, boA, 1);
drm_exec_retry_on_contention(&exec);
if (ret)
goto error;

ret = drm_exec_prepare_obj(&exec, boB, 1);
drm_exec_retry_on_contention(&exec);
if (ret)
goto error;
}

drm_exec_for_each_locked_object(&exec, index, obj) {
dma_resv_add_fence(obj->resv, fence, DMA_RESV_USAGE_READ);
}
drm_exec_fini(&exec);

三个宏各司其职：

3.4 一个形象的比喻：凭号牌占储物柜

在深入代码前，不妨把整个机制想象成一群人在健身房同时预定一排储物柜（每个储物柜 = 一个 BO）：

• 进门取号（ww_acquire_init / drm_exec_init）：每人入场领一个号牌，号越小代表来得越早（越"老"）。
• 按清单逐个占柜（prepare_obj）：你拿着自己要用的储物柜清单，一个个去上锁。
• 遇到冲突（-EDEADLK）：若某个柜子已被一个号牌更小（更老）的人占着，规矩要求你立刻退让——把自己已占的柜子全部让出，回到门口重来（unlock_all + 回到循环头）。
• 号牌不变（复用同一 stamp）：重来时你不重新领号，仍用最初那张——否则你会越退越"年轻"，永远抢不过别人而饿死。
• 优先直奔冲突柜（contended / prelocked）：重来时你不再从头乱抢，而是先走到刚才让你吃亏的那个柜子前排队死等，拿到它之后再去占其余的。
• slot预留（fence slot）：占到柜子后，你还顺手在柜门上预留好几个挂钩，供稍后挂东西（fence）用，免得到时手忙脚乱地临时找钩子（临时分配内存）。

由于"最老的人"永远不必退让，他总能一次性占齐所有柜子并办完事，随后次老者补上……整个队伍必然向前推进，既不会死锁，也不会有人永远排不上。后面的源码，本质上就是把这套"取号—占柜—让位—直奔冲突柜"的规矩用 C 宏与指针精确实现出来。

阅读提示：到这里，drm_exec 的用法已经讲完——多数情况下，你只需照上面的模板写「init → until_all_locked { prepare_obj + retry_on_contention } → 遍历 → fini」即可正确使用它，无须关心内部如何回退。后续第 4、5 节将深入其实现原理（计算跳转、状态机、contended/prelocked 配合），涉及较多内核技巧；若你只想会用而非精通，可以放心跳过这两节，直接阅读第 6 节的 fence slot 预留。

4. until_all_locked 的实现：计算跳转 + cleanup

drm_exec_until_all_locked 的宏展开颇具技巧——它用 GCC 的**标签地址（计算跳转）**实现"跳回循环体开头"，因为 C 不允许在循环体内定义可被外部 goto 的标签：

#define drm_exec_until_all_locked(exec) \\
__PASTE(__drm_exec_, __LINE__): \\
for (void *__drm_exec_retry_ptr; ({ \\
__drm_exec_retry_ptr = &&__PASTE(__drm_exec_, __LINE__);\\
(void)__drm_exec_retry_ptr; \\
drm_exec_cleanup(exec); \\
});)

#define drm_exec_retry_on_contention(exec) \\
do { \\
if (unlikely(drm_exec_is_contended(exec))) \\
goto *__drm_exec_retry_ptr; \\
} while (0)

循环条件调用的 drm_exec_cleanup 是状态机的核心，它决定"是否继续循环"：

bool drm_exec_cleanup(struct drm_exec *exec)
{
if (likely(!exec->contended)) { /* 无竞争：完成 */
ww_acquire_done(&exec->ticket);
return false; /* 退出循环，保持已锁对象 */
}
if (likely(exec->contended == DRM_EXEC_DUMMY)) { /* 首次进入 */
exec->contended = NULL;
ww_acquire_init(&exec->ticket, &reservation_ww_class);
return true; /* 进入循环体 */
}
drm_exec_unlock_all(exec); /* 有竞争：解锁全部，重来 */
exec->num_objects = 0;
return true;
}

其三条分支恰好对应循环的三种时刻：

#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB svg{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB p{margin:0;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .label{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .label text,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node rect,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node circle,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node ellipse,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node polygon,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .rough-node .label text,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node .label text,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .image-shape .label,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .rough-node .label,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node .label,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .image-shape .label,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .icon-shape,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .icon-shape p,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-tCbsdFayhBwzgvaB :root{–mermaid-font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;}

== DUMMY（首次）

== NULL（无竞争）

指向某对象（发生过竞争）

是

否

进入 until_all_locked→ drm_exec_cleanup

contended?

ww_acquire_init 取号返回 true，执行循环体

ww_acquire_done返回 false，退出循环

unlock_all + num_objects=0返回 true，重来

循环体：逐个 prepare_obj

retry_on_contention检测到竞争?

goto 计算跳转回到循环头

全部锁定 → 下轮 cleanup 走 NULL 分支退出

初始时 exec->contended 被置为哨兵值 DRM_EXEC_DUMMY，确保第一次进入循环时走 ww_acquire_init 取号分支。

5. 加锁与回退：contended / prelocked 的配合

真正的加锁在 drm_exec_lock_obj 中完成，其精妙之处在于回退后如何优先锁住冲突对象：

int drm_exec_lock_obj(struct drm_exec *exec, struct drm_gem_object *obj)
{
ret = drm_exec_lock_contended(exec); /* ① 先处理上次的冲突对象 */
if (unlikely(ret))
return ret;

if (exec->prelocked == obj) { /* ② 冲突对象已被抢先锁住 */
drm_gem_object_put(exec->prelocked);
exec->prelocked = NULL;
return 0;
}

ret = dma_resv_lock(obj->resv, &exec->ticket); /* ③ 正常加锁 */
if (unlikely(ret == –EDEADLK)) { /* ④ 竞争：记住它，回退 */
drm_gem_object_get(obj);
exec->contended = obj;
return –EDEADLK;
}
...
return drm_exec_obj_locked(exec, obj); /* ⑤ 记入 objects 数组 */
}

配合 drm_exec_lock_contended——它在重来循环的开头被调用，用 ww_mutex 的 _slow 变体（对应 6.3.2 的 dma_resv_lock_slow）率先锁住上次冲突的对象：

static int drm_exec_lock_contended(struct drm_exec *exec)
{
struct drm_gem_object *obj = exec->contended;
if (likely(!obj))
return 0;
exec->contended = NULL;
dma_resv_lock_slow(obj->resv, &exec->ticket); /* 阻塞式先拿到它 */
drm_exec_obj_locked(exec, obj);
exec->prelocked = obj; /* 标记：已抢先 */
return 0;
}

这样便实现了 DOC 承诺的"回退时优先锁定冲突对象"：一旦某对象引发 -EDEADLK，框架解锁全部、把它记为 contended；下一轮循环开头先用慢路径把它锁牢（prelocked），从而保证事务在有限轮次内收敛——这正是 6.3.2 Wait-Die "较年轻者回退、以原 stamp 重试"的工程化落地。

ww_mutex/dma_resv

lock_obj

循环体

ww_mutex/dma_resv

lock_obj

循环体

#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR svg{font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR p{margin:0;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .actor{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR text.actor>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .actor-line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .innerArc{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2,2;stroke:#333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .sequenceNumber{fill:white;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR #sequencenumber{fill:#333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR #crosshead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .messageText{fill:#333;stroke:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .labelBox{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .labelText,#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .labelText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .loopText,#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .loopText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2,2;stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .noteText,#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .noteText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .actorPopupMenu{position:absolute;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .actorPopupMenuPanel{position:absolute;fill:#ECECFF;box-shadow:0px 8px 16px 0px rgba(0,0,0,0.2);filter:drop-shadow(3px 5px 2px rgb(0 0 0 / 0.4));}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .actor-man line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR .actor-man circle,#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;stroke-width:2px;}#mermaid-svg-AE5boNhTvfU05fjR :root{–mermaid-font-family:\”trebuchet ms\”,verdana,arial,sans-serif;}

cleanup 解锁全部 + num_objects=0

boX 成为 prelocked，优先锁定

prepare_obj(boX)

1

dma_resv_lock(ticket)

2

-EDEADLK（竞争）

3

contended = boX，返回

4

retry_on_contention → goto 循环头

5

新一轮首个 prepare_obj

6

lock_contended：dma_resv_lock_slow(boX)

7

6. prepare_obj：加锁 + 预留 fence slot

drm_exec_prepare_obj 在锁定之上叠加了 fence slot 预留：

int drm_exec_prepare_obj(struct drm_exec *exec, struct drm_gem_object *obj,
unsigned int num_fences)
{
ret = drm_exec_lock_obj(exec, obj);
if (ret)
return ret;
ret = dma_resv_reserve_fences(obj->resv, num_fences); /* 预留 slot */
if (ret) {
drm_exec_unlock_obj(exec, obj);
return ret;
}
return 0;
}

预留 fence slot 的意义：后续向 dma_resv 挂载 fence（dma_resv_add_fence）时若临时扩容会触发内存分配；而挂载往往发生在禁止分配的临界区（如第八章 submit 持 notifier_lock 时）。因此必须在加锁阶段就把所需 slot 数一次性备足。调用方按"本次会向该 BO 挂几个 fence"传入 num_fences——例如命令提交按 gang 中 job 数量预留。

7. 收尾与遍历

• drm_exec_fini 调用 drm_exec_unlock_all，以加锁的逆序逐个 dma_resv_unlock 并释放 GEM 引用，再 ww_acquire_fini 归还票据；
• drm_exec_for_each_locked_object 遍历 objects[] 数组，是加锁成功后统一挂载 fence、执行 validate 等操作的标准迭代器（第八章 parser_bos 即以它遍历所有锁定对象逐一 ttm_bo_validate）。

8. 小结

• drm_exec 把 ww_mutex（6.3.2）的"取号—加锁—-EDEADLK 回退—重试"样板封装为 until_all_locked + prepare_obj + retry_on_contention 三个宏；
• until_all_locked 借助标签地址计算跳转实现回循环，由 drm_exec_cleanup 状态机在"首次取号 / 无竞争退出 / 有竞争重来"三分支间切换；
• contended + prelocked 配合 dma_resv_lock_slow，实现"回退后优先锁定冲突对象"，保证事务收敛——即 Wait-Die 的工程化落地；
• prepare_obj 在加锁之上预留 fence slot，为后续禁分配临界区中的 dma_resv_add_fence 铺路；
• 它是第八章命令提交与页表更新等一切批量锁 BO 路径的统一入口，将驱动从手写回退逻辑中彻底解放。