sys/kern/kern_switch.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2001 Jake Burkholder <jake@FreeBSD.org>
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  */
  26
  27 /***
  28 Here is the logic..
  29
  30 If there are N processors, then there are at most N KSEs (kernel
  31 schedulable entities) working to process threads that belong to a
  32 KSEGROUP (kg). If there are X of these KSEs actually running at the
  33 moment in question, then there are at most M (N-X) of these KSEs on
  34 the run queue, as running KSEs are not on the queue.
  35
  36 Runnable threads are queued off the KSEGROUP in priority order.
  37 If there are M or more threads runnable, the top M threads
  38 (by priority) are 'preassigned' to the M KSEs not running. The KSEs take
  39 their priority from those threads and are put on the run queue.
  40
  41 The last thread that had a priority high enough to have a KSE associated
  42 with it, AND IS ON THE RUN QUEUE is pointed to by
  43 kg->kg_last_assigned. If no threads queued off the KSEGROUP have KSEs
  44 assigned as all the available KSEs are activly running, or because there
  45 are no threads queued, that pointer is NULL.
  46
  47 When a KSE is removed from the run queue to become runnable, we know
  48 it was associated with the highest priority thread in the queue (at the head
  49 of the queue). If it is also the last assigned we know M was 1 and must
  50 now be 0. Since the thread is no longer queued that pointer must be
  51 removed from it. Since we know there were no more KSEs available,
  52 (M was 1 and is now 0) and since we are not FREEING our KSE
  53 but using it, we know there are STILL no more KSEs available, we can prove
  54 that the next thread in the ksegrp list will not have a KSE to assign to
  55 it, so we can show that the pointer must be made 'invalid' (NULL).
  56
  57 The pointer exists so that when a new thread is made runnable, it can
  58 have its priority compared with the last assigned thread to see if
  59 it should 'steal' its KSE or not.. i.e. is it 'earlier'
  60 on the list than that thread or later.. If it's earlier, then the KSE is
  61 removed from the last assigned (which is now not assigned a KSE)
  62 and reassigned to the new thread, which is placed earlier in the list.
  63 The pointer is then backed up to the previous thread (which may or may not
  64 be the new thread).
  65
  66 When a thread sleeps or is removed, the KSE becomes available and if there
  67 are queued threads that are not assigned KSEs, the highest priority one of
  68 them is assigned the KSE, which is then placed back on the run queue at
  69 the approipriate place, and the kg->kg_last_assigned pointer is adjusted down
  70 to point to it.
  71
  72 The following diagram shows 2 KSEs and 3 threads from a single process.
  73
  74  RUNQ: --->KSE---KSE--...    (KSEs queued at priorities from threads)
  75               \    \____
  76                \        \
  77     KSEGROUP---thread--thread--thread    (queued in priority order)
  78         \                 /
  79          \_______________/
  80           (last_assigned)
  81
  82 The result of this scheme is that the M available KSEs are always
  83 queued at the priorities they have inherrited from the M highest priority
  84 threads for that KSEGROUP. If this situation changes, the KSEs are
  85 reassigned to keep this true.
  86 ***/
  87
  88 #include <sys/cdefs.h>
  89 __FBSDID("$FreeBSD$");
  90
  91 #include "opt_sched.h"
  92
  93 #ifndef KERN_SWITCH_INCLUDE
  94 #include <sys/param.h>
  95 #include <sys/systm.h>
  96 #include <sys/kdb.h>
  97 #include <sys/kernel.h>
  98 #include <sys/ktr.h>
  99 #include <sys/lock.h>
 100 #include <sys/mutex.h>
 101 #include <sys/proc.h>
 102 #include <sys/queue.h>
 103 #include <sys/sched.h>
 104 #else  /* KERN_SWITCH_INCLUDE */
 105 #if defined(SMP) && (defined(__i386__) || defined(__amd64__))
 106 #include <sys/smp.h>
 107 #endif
 108 #if defined(SMP) && defined(SCHED_4BSD)
 109 #include <sys/sysctl.h>
 110 #endif
 111
 112 #ifdef FULL_PREEMPTION
 113 #ifndef PREEMPTION
 114 #error "The FULL_PREEMPTION option requires the PREEMPTION option"
 115 #endif
 116 #endif
 117
 118 CTASSERT((RQB_BPW * RQB_LEN) == RQ_NQS);
 119
 120 #define td_kse td_sched
 121
 122 /*
 123  * kern.sched.preemption allows user space to determine if preemption support
 124  * is compiled in or not.  It is not currently a boot or runtime flag that
 125  * can be changed.
 126  */
 127 #ifdef PREEMPTION
 128 static int kern_sched_preemption = 1;
 129 #else
 130 static int kern_sched_preemption = 0;
 131 #endif
 132 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preemption, CTLFLAG_RD,
 133     &kern_sched_preemption, 0, "Kernel preemption enabled");
 134
 135 /************************************************************************
 136  * Functions that manipulate runnability from a thread perspective.     *
 137  ************************************************************************/
 138 /*
 139  * Select the KSE that will be run next.  From that find the thread, and
 140  * remove it from the KSEGRP's run queue.  If there is thread clustering,
 141  * this will be what does it.
 142  */
 143 struct thread *
 144 choosethread(void)
 145 {
 146         struct kse *ke;
 147         struct thread *td;
 148         struct ksegrp *kg;
 149
 150 #if defined(SMP) && (defined(__i386__) || defined(__amd64__))
 151         if (smp_active == 0 && PCPU_GET(cpuid) != 0) {
 152                 /* Shutting down, run idlethread on AP's */
 153                 td = PCPU_GET(idlethread);
 154                 ke = td->td_kse;
 155                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosethread: td=%p (idle)", td);
 156                 ke->ke_flags |= KEF_DIDRUN;
 157                 TD_SET_RUNNING(td);
 158                 return (td);
 159         }
 160 #endif
 161
 162 retry:
 163         ke = sched_choose();
 164         if (ke) {
 165                 td = ke->ke_thread;
 166                 KASSERT((td->td_kse == ke), ("kse/thread mismatch"));
 167                 kg = ke->ke_ksegrp;
 168                 if (td->td_proc->p_flag & P_HADTHREADS) {
 169                         if (kg->kg_last_assigned == td) {
 170                                 kg->kg_last_assigned = TAILQ_PREV(td,
 171                                     threadqueue, td_runq);
 172                         }
 173                         TAILQ_REMOVE(&kg->kg_runq, td, td_runq);
 174                 }
 175                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosethread: td=%p pri=%d",
 176                     td, td->td_priority);
 177         } else {
 178                 /* Simulate runq_choose() having returned the idle thread */
 179                 td = PCPU_GET(idlethread);
 180                 ke = td->td_kse;
 181                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosethread: td=%p (idle)", td);
 182         }
 183         ke->ke_flags |= KEF_DIDRUN;
 184
 185         /*
 186          * If we are in panic, only allow system threads,
 187          * plus the one we are running in, to be run.
 188          */
 189         if (panicstr && ((td->td_proc->p_flag & P_SYSTEM) == 0 &&
 190             (td->td_flags & TDF_INPANIC) == 0)) {
 191                 /* note that it is no longer on the run queue */
 192                 TD_SET_CAN_RUN(td);
 193                 goto retry;
 194         }
 195
 196         TD_SET_RUNNING(td);
 197         return (td);
 198 }
 199
 200 /*
 201  * Given a surplus system slot, try assign a new runnable thread to it.
 202  * Called from:
 203  *  sched_thread_exit()  (local)
 204  *  sched_switch()  (local)
 205  *  sched_thread_exit()  (local)
 206  *  remrunqueue()  (local)  (not at the moment)
 207  */
 208 static void
 209 slot_fill(struct ksegrp *kg)
 210 {
 211         struct thread *td;
 212
 213         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 214         while (kg->kg_avail_opennings > 0) {
 215                 /*
 216                  * Find the first unassigned thread
 217                  */
 218                 if ((td = kg->kg_last_assigned) != NULL)
 219                         td = TAILQ_NEXT(td, td_runq);
 220                 else
 221                         td = TAILQ_FIRST(&kg->kg_runq);
 222
 223                 /*
 224                  * If we found one, send it to the system scheduler.
 225                  */
 226                 if (td) {
 227                         kg->kg_last_assigned = td;
 228                         sched_add(td, SRQ_YIELDING);
 229                         CTR2(KTR_RUNQ, "slot_fill: td%p -> kg%p", td, kg);
 230                 } else {
 231                         /* no threads to use up the slots. quit now */
 232                         break;
 233                 }
 234         }
 235 }
 236
 237 #ifdef  SCHED_4BSD
 238 /*
 239  * Remove a thread from its KSEGRP's run queue.
 240  * This in turn may remove it from a KSE if it was already assigned
 241  * to one, possibly causing a new thread to be assigned to the KSE
 242  * and the KSE getting a new priority.
 243  */
 244 static void
 245 remrunqueue(struct thread *td)
 246 {
 247         struct thread *td2, *td3;
 248         struct ksegrp *kg;
 249         struct kse *ke;
 250
 251         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 252         KASSERT((TD_ON_RUNQ(td)), ("remrunqueue: Bad state on run queue"));
 253         kg = td->td_ksegrp;
 254         ke = td->td_kse;
 255         CTR1(KTR_RUNQ, "remrunqueue: td%p", td);
 256         TD_SET_CAN_RUN(td);
 257         /*
 258          * If it is not a threaded process, take the shortcut.
 259          */
 260         if ((td->td_proc->p_flag & P_HADTHREADS) == 0) {
 261                 /* remve from sys run queue and free up a slot */
 262                 sched_rem(td);
 263                 ke->ke_state = KES_THREAD;
 264                 return;
 265         }
 266         td3 = TAILQ_PREV(td, threadqueue, td_runq);
 267         TAILQ_REMOVE(&kg->kg_runq, td, td_runq);
 268         if (ke->ke_state == KES_ONRUNQ) {
 269                 /*
 270                  * This thread has been assigned to the system run queue.
 271                  * We need to dissociate it and try assign the
 272                  * KSE to the next available thread. Then, we should
 273                  * see if we need to move the KSE in the run queues.
 274                  */
 275                 sched_rem(td);
 276                 ke->ke_state = KES_THREAD;
 277                 td2 = kg->kg_last_assigned;
 278                 KASSERT((td2 != NULL), ("last assigned has wrong value"));
 279                 if (td2 == td)
 280                         kg->kg_last_assigned = td3;
 281                 /* slot_fill(kg); */ /* will replace it with another */
 282         }
 283 }
 284 #endif
 285
 286 /*
 287  * Change the priority of a thread that is on the run queue.
 288  */
 289 void
 290 adjustrunqueue( struct thread *td, int newpri)
 291 {
 292         struct ksegrp *kg;
 293         struct kse *ke;
 294
 295         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 296         KASSERT((TD_ON_RUNQ(td)), ("adjustrunqueue: Bad state on run queue"));
 297
 298         ke = td->td_kse;
 299         CTR1(KTR_RUNQ, "adjustrunqueue: td%p", td);
 300         /*
 301          * If it is not a threaded process, take the shortcut.
 302          */
 303         if ((td->td_proc->p_flag & P_HADTHREADS) == 0) {
 304                 /* We only care about the kse in the run queue. */
 305                 td->td_priority = newpri;
 306                 if (ke->ke_rqindex != (newpri / RQ_PPQ)) {
 307                         sched_rem(td);
 308                         sched_add(td, SRQ_BORING);
 309                 }
 310                 return;
 311         }
 312
 313         /* It is a threaded process */
 314         kg = td->td_ksegrp;
 315         if (ke->ke_state == KES_ONRUNQ) {
 316                 if (kg->kg_last_assigned == td) {
 317                         kg->kg_last_assigned =
 318                             TAILQ_PREV(td, threadqueue, td_runq);
 319                 }
 320                 sched_rem(td);
 321         }
 322         TAILQ_REMOVE(&kg->kg_runq, td, td_runq);
 323         TD_SET_CAN_RUN(td);
 324         td->td_priority = newpri;
 325         setrunqueue(td, SRQ_BORING);
 326 }
 327
 328 /*
 329  * This function is called when a thread is about to be put on a
 330  * ksegrp run queue because it has been made runnable or its
 331  * priority has been adjusted and the ksegrp does not have a
 332  * free kse slot.  It determines if a thread from the same ksegrp
 333  * should be preempted.  If so, it tries to switch threads
 334  * if the thread is on the same cpu or notifies another cpu that
 335  * it should switch threads.
 336  */
 337
 338 static void
 339 maybe_preempt_in_ksegrp(struct thread *td)
 340 #if  !defined(SMP)
 341 {
 342         struct thread *running_thread;
 343
 344 #ifndef FULL_PREEMPTION
 345         int pri;
 346         pri = td->td_priority;
 347         if (!(pri >= PRI_MIN_ITHD && pri <= PRI_MAX_ITHD))
 348                 return;
 349 #endif
 350         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 351         running_thread = curthread;
 352
 353         if (running_thread->td_ksegrp != td->td_ksegrp)
 354                 return;
 355
 356         if (td->td_priority >= running_thread->td_priority)
 357                 return;
 358 #ifdef PREEMPTION
 359         if (running_thread->td_critnest > 1)
 360                 running_thread->td_owepreempt = 1;
 361          else
 362                  mi_switch(SW_INVOL, NULL);
 363
 364 #else
 365         running_thread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 366 #endif
 367         return;
 368 }
 369
 370 #else /* SMP */
 371 {
 372         struct thread *running_thread;
 373         int worst_pri;
 374         struct ksegrp *kg;
 375         cpumask_t cpumask,dontuse;
 376         struct pcpu *pc;
 377         struct pcpu *best_pcpu;
 378         struct thread *cputhread;
 379
 380 #ifndef FULL_PREEMPTION
 381         int pri;
 382         pri = td->td_priority;
 383         if (!(pri >= PRI_MIN_ITHD && pri <= PRI_MAX_ITHD))
 384                 return;
 385 #endif
 386
 387         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 388
 389         running_thread = curthread;
 390
 391 #if !defined(KSEG_PEEMPT_BEST_CPU)
 392         if (running_thread->td_ksegrp != td->td_ksegrp) {
 393 #endif
 394                 kg = td->td_ksegrp;
 395
 396                 /* if someone is ahead of this thread, wait our turn */
 397                 if (td != TAILQ_FIRST(&kg->kg_runq))
 398                         return;
 399
 400                 worst_pri = td->td_priority;
 401                 best_pcpu = NULL;
 402                 dontuse   = stopped_cpus | idle_cpus_mask;
 403
 404                 /*
 405                  * Find a cpu with the worst priority that runs at thread from
 406                  * the same  ksegrp - if multiple exist give first the last run
 407                  * cpu and then the current cpu priority
 408                  */
 409
 410                 SLIST_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
 411                         cpumask   = pc->pc_cpumask;
 412                         cputhread = pc->pc_curthread;
 413
 414                         if ((cpumask & dontuse)  ||
 415                             cputhread->td_ksegrp != kg)
 416                                 continue;
 417
 418                         if (cputhread->td_priority > worst_pri) {
 419                                 worst_pri = cputhread->td_priority;
 420                                 best_pcpu = pc;
 421                                 continue;
 422                         }
 423
 424                         if (cputhread->td_priority == worst_pri &&
 425                             best_pcpu != NULL &&
 426                             (td->td_lastcpu == pc->pc_cpuid ||
 427                                 (PCPU_GET(cpumask) == cpumask &&
 428                                     td->td_lastcpu != best_pcpu->pc_cpuid)))
 429                             best_pcpu = pc;
 430                 }
 431
 432                 /* Check if we need to preempt someone */
 433                 if (best_pcpu == NULL)
 434                         return;
 435
 436                 if (PCPU_GET(cpuid) != best_pcpu->pc_cpuid) {
 437                         best_pcpu->pc_curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 438                         ipi_selected(best_pcpu->pc_cpumask, IPI_AST);
 439                         return;
 440                 }
 441 #if !defined(KSEG_PEEMPT_BEST_CPU)
 442         }
 443 #endif
 444
 445         if (td->td_priority >= running_thread->td_priority)
 446                 return;
 447 #ifdef PREEMPTION
 448         if (running_thread->td_critnest > 1)
 449                 running_thread->td_owepreempt = 1;
 450          else
 451                  mi_switch(SW_INVOL, NULL);
 452
 453 #else
 454         running_thread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 455 #endif
 456         return;
 457 }
 458 #endif /* !SMP */
 459
 460
 461 int limitcount;
 462 void
 463 setrunqueue(struct thread *td, int flags)
 464 {
 465         struct ksegrp *kg;
 466         struct thread *td2;
 467         struct thread *tda;
 468
 469         CTR3(KTR_RUNQ, "setrunqueue: td:%p kg:%p pid:%d",
 470             td, td->td_ksegrp, td->td_proc->p_pid);
 471         CTR5(KTR_SCHED, "setrunqueue: %p(%s) prio %d by %p(%s)",
 472             td, td->td_proc->p_comm, td->td_priority, curthread,
 473             curthread->td_proc->p_comm);
 474         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 475         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
 476                         ("setrunqueue: trying to run inhibitted thread"));
 477         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
 478             ("setrunqueue: bad thread state"));
 479         TD_SET_RUNQ(td);
 480         kg = td->td_ksegrp;
 481         if ((td->td_proc->p_flag & P_HADTHREADS) == 0) {
 482                 /*
 483                  * Common path optimisation: Only one of everything
 484                  * and the KSE is always already attached.
 485                  * Totally ignore the ksegrp run queue.
 486                  */
 487                 if (kg->kg_avail_opennings != 1) {
 488                         if (limitcount < 1) {
 489                                 limitcount++;
 490                                 printf("pid %d: corrected slot count (%d->1)\n",
 491                                     td->td_proc->p_pid, kg->kg_avail_opennings);
 492
 493                         }
 494                         kg->kg_avail_opennings = 1;
 495                 }
 496                 sched_add(td, flags);
 497                 return;
 498         }
 499
 500         /*
 501          * If the concurrency has reduced, and we would go in the
 502          * assigned section, then keep removing entries from the
 503          * system run queue, until we are not in that section
 504          * or there is room for us to be put in that section.
 505          * What we MUST avoid is the case where there are threads of less
 506          * priority than the new one scheduled, but it can not
 507          * be scheduled itself. That would lead to a non contiguous set
 508          * of scheduled threads, and everything would break.
 509          */
 510         tda = kg->kg_last_assigned;
 511         while ((kg->kg_avail_opennings <= 0) &&
 512             (tda && (tda->td_priority > td->td_priority))) {
 513                 /*
 514                  * None free, but there is one we can commandeer.
 515                  */
 516                 CTR2(KTR_RUNQ,
 517                     "setrunqueue: kg:%p: take slot from td: %p", kg, tda);
 518                 sched_rem(tda);
 519                 tda = kg->kg_last_assigned =
 520                     TAILQ_PREV(tda, threadqueue, td_runq);
 521         }
 522
 523         /*
 524          * Add the thread to the ksegrp's run queue at
 525          * the appropriate place.
 526          */
 527         TAILQ_FOREACH(td2, &kg->kg_runq, td_runq) {
 528                 if (td2->td_priority > td->td_priority) {
 529                         TAILQ_INSERT_BEFORE(td2, td, td_runq);
 530                         break;
 531                 }
 532         }
 533         if (td2 == NULL) {
 534                 /* We ran off the end of the TAILQ or it was empty. */
 535                 TAILQ_INSERT_TAIL(&kg->kg_runq, td, td_runq);
 536         }
 537
 538         /*
 539          * If we have a slot to use, then put the thread on the system
 540          * run queue and if needed, readjust the last_assigned pointer.
 541          * it may be that we need to schedule something anyhow
 542          * even if the availabel slots are -ve so that
 543          * all the items < last_assigned are scheduled.
 544          */
 545         if (kg->kg_avail_opennings > 0) {
 546                 if (tda == NULL) {
 547                         /*
 548                          * No pre-existing last assigned so whoever is first
 549                          * gets the slot.. (maybe us)
 550                          */
 551                         td2 = TAILQ_FIRST(&kg->kg_runq);
 552                         kg->kg_last_assigned = td2;
 553                 } else if (tda->td_priority > td->td_priority) {
 554                         td2 = td;
 555                 } else {
 556                         /*
 557                          * We are past last_assigned, so
 558                          * give the next slot to whatever is next,
 559                          * which may or may not be us.
 560                          */
 561                         td2 = TAILQ_NEXT(tda, td_runq);
 562                         kg->kg_last_assigned = td2;
 563                 }
 564                 sched_add(td2, flags);
 565         } else {
 566                 CTR3(KTR_RUNQ, "setrunqueue: held: td%p kg%p pid%d",
 567                         td, td->td_ksegrp, td->td_proc->p_pid);
 568                 if ((flags & SRQ_YIELDING) == 0)
 569                         maybe_preempt_in_ksegrp(td);
 570         }
 571 }
 572
 573 /*
 574  * Kernel thread preemption implementation.  Critical sections mark
 575  * regions of code in which preemptions are not allowed.
 576  */
 577 void
 578 critical_enter(void)
 579 {
 580         struct thread *td;
 581
 582         td = curthread;
 583         td->td_critnest++;
 584         CTR4(KTR_CRITICAL, "critical_enter by thread %p (%ld, %s) to %d", td,
 585             (long)td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm, td->td_critnest);
 586 }
 587
 588 void
 589 critical_exit(void)
 590 {
 591         struct thread *td;
 592
 593         td = curthread;
 594         KASSERT(td->td_critnest != 0,
 595             ("critical_exit: td_critnest == 0"));
 596         if (td->td_critnest == 1) {
 597                 if (td->td_pflags & TDP_WAKEPROC0) {
 598                         td->td_pflags &= ~TDP_WAKEPROC0;
 599                         wakeup(&proc0);
 600                 }
 601
 602                 td->td_critnest = 0;
 603
 604 #ifdef PREEMPTION
 605                 mtx_assert(&sched_lock, MA_NOTOWNED);
 606                 if (td->td_owepreempt) {
 607                         td->td_critnest = 1;
 608                         mtx_lock_spin(&sched_lock);
 609                         td->td_critnest--;
 610                         mi_switch(SW_INVOL, NULL);
 611                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
 612                 }
 613
 614 #endif
 615
 616         } else {
 617                 td->td_critnest--;
 618         }
 619         CTR4(KTR_CRITICAL, "critical_exit by thread %p (%ld, %s) to %d", td,
 620             (long)td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm, td->td_critnest);
 621 }
 622
 623 /*
 624  * This function is called when a thread is about to be put on run queue
 625  * because it has been made runnable or its priority has been adjusted.  It
 626  * determines if the new thread should be immediately preempted to.  If so,
 627  * it switches to it and eventually returns true.  If not, it returns false
 628  * so that the caller may place the thread on an appropriate run queue.
 629  */
 630 int
 631 maybe_preempt(struct thread *td)
 632 {
 633 #ifdef PREEMPTION
 634         struct thread *ctd;
 635         int cpri, pri;
 636 #endif
 637
 638         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 639 #ifdef PREEMPTION
 640         /*
 641          * The new thread should not preempt the current thread if any of the
 642          * following conditions are true:
 643          *
 644          *  - The kernel is in the throes of crashing (panicstr).
 645          *  - The current thread has a higher (numerically lower) or
 646          *    equivalent priority.  Note that this prevents curthread from
 647          *    trying to preempt to itself.
 648          *  - It is too early in the boot for context switches (cold is set).
 649          *  - The current thread has an inhibitor set or is in the process of
 650          *    exiting.  In this case, the current thread is about to switch
 651          *    out anyways, so there's no point in preempting.  If we did,
 652          *    the current thread would not be properly resumed as well, so
 653          *    just avoid that whole landmine.
 654          *  - If the new thread's priority is not a realtime priority and
 655          *    the current thread's priority is not an idle priority and
 656          *    FULL_PREEMPTION is disabled.
 657          *
 658          * If all of these conditions are false, but the current thread is in
 659          * a nested critical section, then we have to defer the preemption
 660          * until we exit the critical section.  Otherwise, switch immediately
 661          * to the new thread.
 662          */
 663         ctd = curthread;
 664         KASSERT ((ctd->td_kse != NULL && ctd->td_kse->ke_thread == ctd),
 665           ("thread has no (or wrong) sched-private part."));
 666         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
 667                         ("maybe_preempt: trying to run inhibitted thread"));
 668         pri = td->td_priority;
 669         cpri = ctd->td_priority;
 670         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold /* || dumping */ ||
 671             TD_IS_INHIBITED(ctd) || td->td_kse->ke_state != KES_THREAD)
 672                 return (0);
 673 #ifndef FULL_PREEMPTION
 674         if (!(pri >= PRI_MIN_ITHD && pri <= PRI_MAX_ITHD) &&
 675             !(cpri >= PRI_MIN_IDLE))
 676                 return (0);
 677 #endif
 678         if (ctd->td_critnest > 1) {
 679                 CTR1(KTR_PROC, "maybe_preempt: in critical section %d",
 680                     ctd->td_critnest);
 681                 ctd->td_owepreempt = 1;
 682                 return (0);
 683         }
 684
 685         /*
 686          * Thread is runnable but not yet put on system run queue.
 687          */
 688         MPASS(TD_ON_RUNQ(td));
 689         MPASS(td->td_sched->ke_state != KES_ONRUNQ);
 690         if (td->td_proc->p_flag & P_HADTHREADS) {
 691                 /*
 692                  * If this is a threaded process we actually ARE on the
 693                  * ksegrp run queue so take it off that first.
 694                  * Also undo any damage done to the last_assigned pointer.
 695                  * XXX Fix setrunqueue so this isn't needed
 696                  */
 697                 struct ksegrp *kg;
 698
 699                 kg = td->td_ksegrp;
 700                 if (kg->kg_last_assigned == td)
 701                         kg->kg_last_assigned =
 702                             TAILQ_PREV(td, threadqueue, td_runq);
 703                 TAILQ_REMOVE(&kg->kg_runq, td, td_runq);
 704         }
 705
 706         TD_SET_RUNNING(td);
 707         CTR3(KTR_PROC, "preempting to thread %p (pid %d, %s)\n", td,
 708             td->td_proc->p_pid, td->td_proc->p_comm);
 709         mi_switch(SW_INVOL|SW_PREEMPT, td);
 710         return (1);
 711 #else
 712         return (0);
 713 #endif
 714 }
 715
 716 #if 0
 717 #ifndef PREEMPTION
 718 /* XXX: There should be a non-static version of this. */
 719 static void
 720 printf_caddr_t(void *data)
 721 {
 722         printf("%s", (char *)data);
 723 }
 724 static char preempt_warning[] =
 725     "WARNING: Kernel preemption is disabled, expect reduced performance.\n";
 726 SYSINIT(preempt_warning, SI_SUB_COPYRIGHT, SI_ORDER_ANY, printf_caddr_t,
 727     preempt_warning)
 728 #endif
 729 #endif
 730
 731 /************************************************************************
 732  * SYSTEM RUN QUEUE manipulations and tests                             *
 733  ************************************************************************/
 734 /*
 735  * Initialize a run structure.
 736  */
 737 void
 738 runq_init(struct runq *rq)
 739 {
 740         int i;
 741
 742         bzero(rq, sizeof *rq);
 743         for (i = 0; i < RQ_NQS; i++)
 744                 TAILQ_INIT(&rq->rq_queues[i]);
 745 }
 746
 747 /*
 748  * Clear the status bit of the queue corresponding to priority level pri,
 749  * indicating that it is empty.
 750  */
 751 static __inline void
 752 runq_clrbit(struct runq *rq, int pri)
 753 {
 754         struct rqbits *rqb;
 755
 756         rqb = &rq->rq_status;
 757         CTR4(KTR_RUNQ, "runq_clrbit: bits=%#x %#x bit=%#x word=%d",
 758             rqb->rqb_bits[RQB_WORD(pri)],
 759             rqb->rqb_bits[RQB_WORD(pri)] & ~RQB_BIT(pri),
 760             RQB_BIT(pri), RQB_WORD(pri));
 761         rqb->rqb_bits[RQB_WORD(pri)] &= ~RQB_BIT(pri);
 762 }
 763
 764 /*
 765  * Find the index of the first non-empty run queue.  This is done by
 766  * scanning the status bits, a set bit indicates a non-empty queue.
 767  */
 768 static __inline int
 769 runq_findbit(struct runq *rq)
 770 {
 771         struct rqbits *rqb;
 772         int pri;
 773         int i;
 774
 775         rqb = &rq->rq_status;
 776         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++)
 777                 if (rqb->rqb_bits[i]) {
 778                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]) + (i << RQB_L2BPW);
 779                         CTR3(KTR_RUNQ, "runq_findbit: bits=%#x i=%d pri=%d",
 780                             rqb->rqb_bits[i], i, pri);
 781                         return (pri);
 782                 }
 783
 784         return (-1);
 785 }
 786
 787 /*
 788  * Set the status bit of the queue corresponding to priority level pri,
 789  * indicating that it is non-empty.
 790  */
 791 static __inline void
 792 runq_setbit(struct runq *rq, int pri)
 793 {
 794         struct rqbits *rqb;
 795
 796         rqb = &rq->rq_status;
 797         CTR4(KTR_RUNQ, "runq_setbit: bits=%#x %#x bit=%#x word=%d",
 798             rqb->rqb_bits[RQB_WORD(pri)],
 799             rqb->rqb_bits[RQB_WORD(pri)] | RQB_BIT(pri),
 800             RQB_BIT(pri), RQB_WORD(pri));
 801         rqb->rqb_bits[RQB_WORD(pri)] |= RQB_BIT(pri);
 802 }
 803
 804 /*
 805  * Add the KSE to the queue specified by its priority, and set the
 806  * corresponding status bit.
 807  */
 808 void
 809 runq_add(struct runq *rq, struct kse *ke, int flags)
 810 {
 811         struct rqhead *rqh;
 812         int pri;
 813
 814         pri = ke->ke_thread->td_priority / RQ_PPQ;
 815         ke->ke_rqindex = pri;
 816         runq_setbit(rq, pri);
 817         rqh = &rq->rq_queues[pri];
 818         CTR5(KTR_RUNQ, "runq_add: td=%p ke=%p pri=%d %d rqh=%p",
 819             ke->ke_thread, ke, ke->ke_thread->td_priority, pri, rqh);
 820         if (flags & SRQ_PREEMPTED) {
 821                 TAILQ_INSERT_HEAD(rqh, ke, ke_procq);
 822         } else {
 823                 TAILQ_INSERT_TAIL(rqh, ke, ke_procq);
 824         }
 825 }
 826
 827 /*
 828  * Return true if there are runnable processes of any priority on the run
 829  * queue, false otherwise.  Has no side effects, does not modify the run
 830  * queue structure.
 831  */
 832 int
 833 runq_check(struct runq *rq)
 834 {
 835         struct rqbits *rqb;
 836         int i;
 837
 838         rqb = &rq->rq_status;
 839         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++)
 840                 if (rqb->rqb_bits[i]) {
 841                         CTR2(KTR_RUNQ, "runq_check: bits=%#x i=%d",
 842                             rqb->rqb_bits[i], i);
 843                         return (1);
 844                 }
 845         CTR0(KTR_RUNQ, "runq_check: empty");
 846
 847         return (0);
 848 }
 849
 850 #if defined(SMP) && defined(SCHED_4BSD)
 851 int runq_fuzz = 1;
 852 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, runq_fuzz, CTLFLAG_RW, &runq_fuzz, 0, "");
 853 #endif
 854
 855 /*
 856  * Find the highest priority process on the run queue.
 857  */
 858 struct kse *
 859 runq_choose(struct runq *rq)
 860 {
 861         struct rqhead *rqh;
 862         struct kse *ke;
 863         int pri;
 864
 865         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
 866         while ((pri = runq_findbit(rq)) != -1) {
 867                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
 868 #if defined(SMP) && defined(SCHED_4BSD)
 869                 /* fuzz == 1 is normal.. 0 or less are ignored */
 870                 if (runq_fuzz > 1) {
 871                         /*
 872                          * In the first couple of entries, check if
 873                          * there is one for our CPU as a preference.
 874                          */
 875                         int count = runq_fuzz;
 876                         int cpu = PCPU_GET(cpuid);
 877                         struct kse *ke2;
 878                         ke2 = ke = TAILQ_FIRST(rqh);
 879
 880                         while (count-- && ke2) {
 881                                 if (ke->ke_thread->td_lastcpu == cpu) {
 882                                         ke = ke2;
 883                                         break;
 884                                 }
 885                                 ke2 = TAILQ_NEXT(ke2, ke_procq);
 886                         }
 887                 } else
 888 #endif
 889                         ke = TAILQ_FIRST(rqh);
 890                 KASSERT(ke != NULL, ("runq_choose: no proc on busy queue"));
 891                 CTR3(KTR_RUNQ,
 892                     "runq_choose: pri=%d kse=%p rqh=%p", pri, ke, rqh);
 893                 return (ke);
 894         }
 895         CTR1(KTR_RUNQ, "runq_choose: idleproc pri=%d", pri);
 896
 897         return (NULL);
 898 }
 899
 900 /*
 901  * Remove the KSE from the queue specified by its priority, and clear the
 902  * corresponding status bit if the queue becomes empty.
 903  * Caller must set ke->ke_state afterwards.
 904  */
 905 void
 906 runq_remove(struct runq *rq, struct kse *ke)
 907 {
 908         struct rqhead *rqh;
 909         int pri;
 910
 911         KASSERT(ke->ke_proc->p_sflag & PS_INMEM,
 912                 ("runq_remove: process swapped out"));
 913         pri = ke->ke_rqindex;
 914         rqh = &rq->rq_queues[pri];
 915         CTR5(KTR_RUNQ, "runq_remove: td=%p, ke=%p pri=%d %d rqh=%p",
 916             ke->ke_thread, ke, ke->ke_thread->td_priority, pri, rqh);
 917         KASSERT(ke != NULL, ("runq_remove: no proc on busy queue"));
 918         TAILQ_REMOVE(rqh, ke, ke_procq);
 919         if (TAILQ_EMPTY(rqh)) {
 920                 CTR0(KTR_RUNQ, "runq_remove: empty");
 921                 runq_clrbit(rq, pri);
 922         }
 923 }
 924
 925 /****** functions that are temporarily here ***********/
 926 #include <vm/uma.h>
 927 extern struct mtx kse_zombie_lock;
 928
 929 /*
 930  *  Allocate scheduler specific per-process resources.
 931  * The thread and ksegrp have already been linked in.
 932  * In this case just set the default concurrency value.
 933  *
 934  * Called from:
 935  *  proc_init() (UMA init method)
 936  */
 937 void
 938 sched_newproc(struct proc *p, struct ksegrp *kg, struct thread *td)
 939 {
 940
 941         /* This can go in sched_fork */
 942         sched_init_concurrency(kg);
 943 }
 944
 945 /*
 946  * thread is being either created or recycled.
 947  * Fix up the per-scheduler resources associated with it.
 948  * Called from:
 949  *  sched_fork_thread()
 950  *  thread_dtor()  (*may go away)
 951  *  thread_init()  (*may go away)
 952  */
 953 void
 954 sched_newthread(struct thread *td)
 955 {
 956         struct td_sched *ke;
 957
 958         ke = (struct td_sched *) (td + 1);
 959         bzero(ke, sizeof(*ke));
 960         td->td_sched     = ke;
 961         ke->ke_thread   = td;
 962         ke->ke_state    = KES_THREAD;
 963 }
 964
 965 /*
 966  * Set up an initial concurrency of 1
 967  * and set the given thread (if given) to be using that
 968  * concurrency slot.
 969  * May be used "offline"..before the ksegrp is attached to the world
 970  * and thus wouldn't need schedlock in that case.
 971  * Called from:
 972  *  thr_create()
 973  *  proc_init() (UMA) via sched_newproc()
 974  */
 975 void
 976 sched_init_concurrency(struct ksegrp *kg)
 977 {
 978
 979         CTR1(KTR_RUNQ,"kg %p init slots and concurrency to 1", kg);
 980         kg->kg_concurrency = 1;
 981         kg->kg_avail_opennings = 1;
 982 }
 983
 984 /*
 985  * Change the concurrency of an existing ksegrp to N
 986  * Called from:
 987  *  kse_create()
 988  *  kse_exit()
 989  *  thread_exit()
 990  *  thread_single()
 991  */
 992 void
 993 sched_set_concurrency(struct ksegrp *kg, int concurrency)
 994 {
 995
 996         CTR4(KTR_RUNQ,"kg %p set concurrency to %d, slots %d -> %d",
 997             kg,
 998             concurrency,
 999             kg->kg_avail_opennings,
1000             kg->kg_avail_opennings + (concurrency - kg->kg_concurrency));
1001         kg->kg_avail_opennings += (concurrency - kg->kg_concurrency);
1002         kg->kg_concurrency = concurrency;
1003 }
1004
1005 /*
1006  * Called from thread_exit() for all exiting thread
1007  *
1008  * Not to be confused with sched_exit_thread()
1009  * that is only called from thread_exit() for threads exiting
1010  * without the rest of the process exiting because it is also called from
1011  * sched_exit() and we wouldn't want to call it twice.
1012  * XXX This can probably be fixed.
1013  */
1014 void
1015 sched_thread_exit(struct thread *td)
1016 {
1017
1018         SLOT_RELEASE(td->td_ksegrp);
1019         slot_fill(td->td_ksegrp);
1020 }
1021
1022 #endif /* KERN_SWITCH_INCLUDE */