]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.1.git/blob - sys/kern/kern_timeout.c
MFC r239655:
[FreeBSD/releng/9.1.git] / sys / kern / kern_timeout.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
4  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
5  * All or some portions of this file are derived from material licensed
6  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
7  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
8  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      From: @(#)kern_clock.c  8.5 (Berkeley) 1/21/94
35  */
36
37 #include <sys/cdefs.h>
38 __FBSDID("$FreeBSD$");
39
40 #include "opt_kdtrace.h"
41
42 #include <sys/param.h>
43 #include <sys/systm.h>
44 #include <sys/bus.h>
45 #include <sys/callout.h>
46 #include <sys/condvar.h>
47 #include <sys/interrupt.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/malloc.h>
52 #include <sys/mutex.h>
53 #include <sys/proc.h>
54 #include <sys/sdt.h>
55 #include <sys/sleepqueue.h>
56 #include <sys/sysctl.h>
57 #include <sys/smp.h>
58
59 #ifdef SMP
60 #include <machine/cpu.h>
61 #endif
62
63 SDT_PROVIDER_DEFINE(callout_execute);
64 SDT_PROBE_DEFINE(callout_execute, kernel, , callout_start, callout-start);
65 SDT_PROBE_ARGTYPE(callout_execute, kernel, , callout_start, 0,
66     "struct callout *");
67 SDT_PROBE_DEFINE(callout_execute, kernel, , callout_end, callout-end); 
68 SDT_PROBE_ARGTYPE(callout_execute, kernel, , callout_end, 0,
69     "struct callout *");
70
71 static int avg_depth;
72 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, to_avg_depth, CTLFLAG_RD, &avg_depth, 0,
73     "Average number of items examined per softclock call. Units = 1/1000");
74 static int avg_gcalls;
75 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, to_avg_gcalls, CTLFLAG_RD, &avg_gcalls, 0,
76     "Average number of Giant callouts made per softclock call. Units = 1/1000");
77 static int avg_lockcalls;
78 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, to_avg_lockcalls, CTLFLAG_RD, &avg_lockcalls, 0,
79     "Average number of lock callouts made per softclock call. Units = 1/1000");
80 static int avg_mpcalls;
81 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, to_avg_mpcalls, CTLFLAG_RD, &avg_mpcalls, 0,
82     "Average number of MP callouts made per softclock call. Units = 1/1000");
83 /*
84  * TODO:
85  *      allocate more timeout table slots when table overflows.
86  */
87 int callwheelsize, callwheelbits, callwheelmask;
88
89 /*
90  * The callout cpu migration entity represents informations necessary for
91  * describing the migrating callout to the new callout cpu.
92  * The cached informations are very important for deferring migration when
93  * the migrating callout is already running.
94  */
95 struct cc_mig_ent {
96 #ifdef SMP
97         void    (*ce_migration_func)(void *);
98         void    *ce_migration_arg;
99         int     ce_migration_cpu;
100         int     ce_migration_ticks;
101 #endif
102 };
103         
104 /*
105  * There is one struct callout_cpu per cpu, holding all relevant
106  * state for the callout processing thread on the individual CPU.
107  * In particular:
108  *      cc_ticks is incremented once per tick in callout_cpu().
109  *      It tracks the global 'ticks' but in a way that the individual
110  *      threads should not worry about races in the order in which
111  *      hardclock() and hardclock_cpu() run on the various CPUs.
112  *      cc_softclock is advanced in callout_cpu() to point to the
113  *      first entry in cc_callwheel that may need handling. In turn,
114  *      a softclock() is scheduled so it can serve the various entries i
115  *      such that cc_softclock <= i <= cc_ticks .
116  *      XXX maybe cc_softclock and cc_ticks should be volatile ?
117  *
118  *      cc_ticks is also used in callout_reset_cpu() to determine
119  *      when the callout should be served.
120  */
121 struct callout_cpu {
122         struct cc_mig_ent       cc_migrating_entity;
123         struct mtx              cc_lock;
124         struct callout          *cc_callout;
125         struct callout_tailq    *cc_callwheel;
126         struct callout_list     cc_callfree;
127         struct callout          *cc_next;
128         struct callout          *cc_curr;
129         void                    *cc_cookie;
130         int                     cc_ticks;
131         int                     cc_softticks;
132         int                     cc_cancel;
133         int                     cc_waiting;
134         int                     cc_firsttick;
135 };
136
137 #ifdef SMP
138 #define cc_migration_func       cc_migrating_entity.ce_migration_func
139 #define cc_migration_arg        cc_migrating_entity.ce_migration_arg
140 #define cc_migration_cpu        cc_migrating_entity.ce_migration_cpu
141 #define cc_migration_ticks      cc_migrating_entity.ce_migration_ticks
142
143 struct callout_cpu cc_cpu[MAXCPU];
144 #define CPUBLOCK        MAXCPU
145 #define CC_CPU(cpu)     (&cc_cpu[(cpu)])
146 #define CC_SELF()       CC_CPU(PCPU_GET(cpuid))
147 #else
148 struct callout_cpu cc_cpu;
149 #define CC_CPU(cpu)     &cc_cpu
150 #define CC_SELF()       &cc_cpu
151 #endif
152 #define CC_LOCK(cc)     mtx_lock_spin(&(cc)->cc_lock)
153 #define CC_UNLOCK(cc)   mtx_unlock_spin(&(cc)->cc_lock)
154 #define CC_LOCK_ASSERT(cc)      mtx_assert(&(cc)->cc_lock, MA_OWNED)
155
156 static int timeout_cpu;
157 void (*callout_new_inserted)(int cpu, int ticks) = NULL;
158
159 MALLOC_DEFINE(M_CALLOUT, "callout", "Callout datastructures");
160
161 /**
162  * Locked by cc_lock:
163  *   cc_curr         - If a callout is in progress, it is curr_callout.
164  *                     If curr_callout is non-NULL, threads waiting in
165  *                     callout_drain() will be woken up as soon as the
166  *                     relevant callout completes.
167  *   cc_cancel       - Changing to 1 with both callout_lock and c_lock held
168  *                     guarantees that the current callout will not run.
169  *                     The softclock() function sets this to 0 before it
170  *                     drops callout_lock to acquire c_lock, and it calls
171  *                     the handler only if curr_cancelled is still 0 after
172  *                     c_lock is successfully acquired.
173  *   cc_waiting      - If a thread is waiting in callout_drain(), then
174  *                     callout_wait is nonzero.  Set only when
175  *                     curr_callout is non-NULL.
176  */
177
178 /*
179  * Resets the migration entity tied to a specific callout cpu.
180  */
181 static void
182 cc_cme_cleanup(struct callout_cpu *cc)
183 {
184
185 #ifdef SMP
186         cc->cc_migration_cpu = CPUBLOCK;
187         cc->cc_migration_ticks = 0;
188         cc->cc_migration_func = NULL;
189         cc->cc_migration_arg = NULL;
190 #endif
191 }
192
193 /*
194  * Checks if migration is requested by a specific callout cpu.
195  */
196 static int
197 cc_cme_migrating(struct callout_cpu *cc)
198 {
199
200 #ifdef SMP
201         return (cc->cc_migration_cpu != CPUBLOCK);
202 #else
203         return (0);
204 #endif
205 }
206
207 /*
208  * kern_timeout_callwheel_alloc() - kernel low level callwheel initialization 
209  *
210  *      This code is called very early in the kernel initialization sequence,
211  *      and may be called more then once.
212  */
213 caddr_t
214 kern_timeout_callwheel_alloc(caddr_t v)
215 {
216         struct callout_cpu *cc;
217
218         timeout_cpu = PCPU_GET(cpuid);
219         cc = CC_CPU(timeout_cpu);
220         /*
221          * Calculate callout wheel size
222          */
223         for (callwheelsize = 1, callwheelbits = 0;
224              callwheelsize < ncallout;
225              callwheelsize <<= 1, ++callwheelbits)
226                 ;
227         callwheelmask = callwheelsize - 1;
228
229         cc->cc_callout = (struct callout *)v;
230         v = (caddr_t)(cc->cc_callout + ncallout);
231         cc->cc_callwheel = (struct callout_tailq *)v;
232         v = (caddr_t)(cc->cc_callwheel + callwheelsize);
233         return(v);
234 }
235
236 static void
237 callout_cpu_init(struct callout_cpu *cc)
238 {
239         struct callout *c;
240         int i;
241
242         mtx_init(&cc->cc_lock, "callout", NULL, MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
243         SLIST_INIT(&cc->cc_callfree);
244         for (i = 0; i < callwheelsize; i++) {
245                 TAILQ_INIT(&cc->cc_callwheel[i]);
246         }
247         cc_cme_cleanup(cc);
248         if (cc->cc_callout == NULL)
249                 return;
250         for (i = 0; i < ncallout; i++) {
251                 c = &cc->cc_callout[i];
252                 callout_init(c, 0);
253                 c->c_flags = CALLOUT_LOCAL_ALLOC;
254                 SLIST_INSERT_HEAD(&cc->cc_callfree, c, c_links.sle);
255         }
256 }
257
258 #ifdef SMP
259 /*
260  * Switches the cpu tied to a specific callout.
261  * The function expects a locked incoming callout cpu and returns with
262  * locked outcoming callout cpu.
263  */
264 static struct callout_cpu *
265 callout_cpu_switch(struct callout *c, struct callout_cpu *cc, int new_cpu)
266 {
267         struct callout_cpu *new_cc;
268
269         MPASS(c != NULL && cc != NULL);
270         CC_LOCK_ASSERT(cc);
271
272         /*
273          * Avoid interrupts and preemption firing after the callout cpu
274          * is blocked in order to avoid deadlocks as the new thread
275          * may be willing to acquire the callout cpu lock.
276          */
277         c->c_cpu = CPUBLOCK;
278         spinlock_enter();
279         CC_UNLOCK(cc);
280         new_cc = CC_CPU(new_cpu);
281         CC_LOCK(new_cc);
282         spinlock_exit();
283         c->c_cpu = new_cpu;
284         return (new_cc);
285 }
286 #endif
287
288 /*
289  * kern_timeout_callwheel_init() - initialize previously reserved callwheel
290  *                                 space.
291  *
292  *      This code is called just once, after the space reserved for the
293  *      callout wheel has been finalized.
294  */
295 void
296 kern_timeout_callwheel_init(void)
297 {
298         callout_cpu_init(CC_CPU(timeout_cpu));
299 }
300
301 /*
302  * Start standard softclock thread.
303  */
304 static void
305 start_softclock(void *dummy)
306 {
307         struct callout_cpu *cc;
308 #ifdef SMP
309         int cpu;
310 #endif
311
312         cc = CC_CPU(timeout_cpu);
313         if (swi_add(&clk_intr_event, "clock", softclock, cc, SWI_CLOCK,
314             INTR_MPSAFE, &cc->cc_cookie))
315                 panic("died while creating standard software ithreads");
316 #ifdef SMP
317         CPU_FOREACH(cpu) {
318                 if (cpu == timeout_cpu)
319                         continue;
320                 cc = CC_CPU(cpu);
321                 if (swi_add(NULL, "clock", softclock, cc, SWI_CLOCK,
322                     INTR_MPSAFE, &cc->cc_cookie))
323                         panic("died while creating standard software ithreads");
324                 cc->cc_callout = NULL;  /* Only cpu0 handles timeout(). */
325                 cc->cc_callwheel = malloc(
326                     sizeof(struct callout_tailq) * callwheelsize, M_CALLOUT,
327                     M_WAITOK);
328                 callout_cpu_init(cc);
329         }
330 #endif
331 }
332
333 SYSINIT(start_softclock, SI_SUB_SOFTINTR, SI_ORDER_FIRST, start_softclock, NULL);
334
335 void
336 callout_tick(void)
337 {
338         struct callout_cpu *cc;
339         int need_softclock;
340         int bucket;
341
342         /*
343          * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
344          * relatively high clock interrupt priority any longer than necessary.
345          */
346         need_softclock = 0;
347         cc = CC_SELF();
348         mtx_lock_spin_flags(&cc->cc_lock, MTX_QUIET);
349         cc->cc_firsttick = cc->cc_ticks = ticks;
350         for (; (cc->cc_softticks - cc->cc_ticks) <= 0; cc->cc_softticks++) {
351                 bucket = cc->cc_softticks & callwheelmask;
352                 if (!TAILQ_EMPTY(&cc->cc_callwheel[bucket])) {
353                         need_softclock = 1;
354                         break;
355                 }
356         }
357         mtx_unlock_spin_flags(&cc->cc_lock, MTX_QUIET);
358         /*
359          * swi_sched acquires the thread lock, so we don't want to call it
360          * with cc_lock held; incorrect locking order.
361          */
362         if (need_softclock)
363                 swi_sched(cc->cc_cookie, 0);
364 }
365
366 int
367 callout_tickstofirst(int limit)
368 {
369         struct callout_cpu *cc;
370         struct callout *c;
371         struct callout_tailq *sc;
372         int curticks;
373         int skip = 1;
374
375         cc = CC_SELF();
376         mtx_lock_spin_flags(&cc->cc_lock, MTX_QUIET);
377         curticks = cc->cc_ticks;
378         while( skip < ncallout && skip < limit ) {
379                 sc = &cc->cc_callwheel[ (curticks+skip) & callwheelmask ];
380                 /* search scanning ticks */
381                 TAILQ_FOREACH( c, sc, c_links.tqe ){
382                         if (c->c_time - curticks <= ncallout)
383                                 goto out;
384                 }
385                 skip++;
386         }
387 out:
388         cc->cc_firsttick = curticks + skip;
389         mtx_unlock_spin_flags(&cc->cc_lock, MTX_QUIET);
390         return (skip);
391 }
392
393 static struct callout_cpu *
394 callout_lock(struct callout *c)
395 {
396         struct callout_cpu *cc;
397         int cpu;
398
399         for (;;) {
400                 cpu = c->c_cpu;
401 #ifdef SMP
402                 if (cpu == CPUBLOCK) {
403                         while (c->c_cpu == CPUBLOCK)
404                                 cpu_spinwait();
405                         continue;
406                 }
407 #endif
408                 cc = CC_CPU(cpu);
409                 CC_LOCK(cc);
410                 if (cpu == c->c_cpu)
411                         break;
412                 CC_UNLOCK(cc);
413         }
414         return (cc);
415 }
416
417 static void
418 callout_cc_add(struct callout *c, struct callout_cpu *cc, int to_ticks,
419     void (*func)(void *), void *arg, int cpu)
420 {
421
422         CC_LOCK_ASSERT(cc);
423
424         if (to_ticks <= 0)
425                 to_ticks = 1;
426         c->c_arg = arg;
427         c->c_flags |= (CALLOUT_ACTIVE | CALLOUT_PENDING);
428         c->c_func = func;
429         c->c_time = ticks + to_ticks;
430         TAILQ_INSERT_TAIL(&cc->cc_callwheel[c->c_time & callwheelmask], 
431             c, c_links.tqe);
432         if ((c->c_time - cc->cc_firsttick) < 0 &&
433             callout_new_inserted != NULL) {
434                 cc->cc_firsttick = c->c_time;
435                 (*callout_new_inserted)(cpu,
436                     to_ticks + (ticks - cc->cc_ticks));
437         }
438 }
439
440 static void
441 callout_cc_del(struct callout *c, struct callout_cpu *cc)
442 {
443
444         if (cc->cc_next == c)
445                 cc->cc_next = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
446         if (c->c_flags & CALLOUT_LOCAL_ALLOC) {
447                 c->c_func = NULL;
448                 SLIST_INSERT_HEAD(&cc->cc_callfree, c, c_links.sle);
449         }
450 }
451
452 static struct callout *
453 softclock_call_cc(struct callout *c, struct callout_cpu *cc, int *mpcalls,
454     int *lockcalls, int *gcalls)
455 {
456         void (*c_func)(void *);
457         void *c_arg;
458         struct lock_class *class;
459         struct lock_object *c_lock;
460         int c_flags, sharedlock;
461 #ifdef SMP
462         struct callout_cpu *new_cc;
463         void (*new_func)(void *);
464         void *new_arg;
465         int new_cpu, new_ticks;
466 #endif
467 #ifdef DIAGNOSTIC
468         struct bintime bt1, bt2;
469         struct timespec ts2;
470         static uint64_t maxdt = 36893488147419102LL;    /* 2 msec */
471         static timeout_t *lastfunc;
472 #endif
473
474         cc->cc_next = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
475         class = (c->c_lock != NULL) ? LOCK_CLASS(c->c_lock) : NULL;
476         sharedlock = (c->c_flags & CALLOUT_SHAREDLOCK) ? 0 : 1;
477         c_lock = c->c_lock;
478         c_func = c->c_func;
479         c_arg = c->c_arg;
480         c_flags = c->c_flags;
481         if (c->c_flags & CALLOUT_LOCAL_ALLOC)
482                 c->c_flags = CALLOUT_LOCAL_ALLOC;
483         else
484                 c->c_flags &= ~CALLOUT_PENDING;
485         cc->cc_curr = c;
486         cc->cc_cancel = 0;
487         CC_UNLOCK(cc);
488         if (c_lock != NULL) {
489                 class->lc_lock(c_lock, sharedlock);
490                 /*
491                  * The callout may have been cancelled
492                  * while we switched locks.
493                  */
494                 if (cc->cc_cancel) {
495                         class->lc_unlock(c_lock);
496                         goto skip;
497                 }
498                 /* The callout cannot be stopped now. */
499                 cc->cc_cancel = 1;
500
501                 if (c_lock == &Giant.lock_object) {
502                         (*gcalls)++;
503                         CTR3(KTR_CALLOUT, "callout %p func %p arg %p",
504                             c, c_func, c_arg);
505                 } else {
506                         (*lockcalls)++;
507                         CTR3(KTR_CALLOUT, "callout lock %p func %p arg %p",
508                             c, c_func, c_arg);
509                 }
510         } else {
511                 (*mpcalls)++;
512                 CTR3(KTR_CALLOUT, "callout mpsafe %p func %p arg %p",
513                     c, c_func, c_arg);
514         }
515 #ifdef DIAGNOSTIC
516         binuptime(&bt1);
517 #endif
518         THREAD_NO_SLEEPING();
519         SDT_PROBE(callout_execute, kernel, , callout_start, c, 0, 0, 0, 0);
520         c_func(c_arg);
521         SDT_PROBE(callout_execute, kernel, , callout_end, c, 0, 0, 0, 0);
522         THREAD_SLEEPING_OK();
523 #ifdef DIAGNOSTIC
524         binuptime(&bt2);
525         bintime_sub(&bt2, &bt1);
526         if (bt2.frac > maxdt) {
527                 if (lastfunc != c_func || bt2.frac > maxdt * 2) {
528                         bintime2timespec(&bt2, &ts2);
529                         printf(
530                 "Expensive timeout(9) function: %p(%p) %jd.%09ld s\n",
531                             c_func, c_arg, (intmax_t)ts2.tv_sec, ts2.tv_nsec);
532                 }
533                 maxdt = bt2.frac;
534                 lastfunc = c_func;
535         }
536 #endif
537         CTR1(KTR_CALLOUT, "callout %p finished", c);
538         if ((c_flags & CALLOUT_RETURNUNLOCKED) == 0)
539                 class->lc_unlock(c_lock);
540 skip:
541         CC_LOCK(cc);
542         /*
543          * If the current callout is locally allocated (from
544          * timeout(9)) then put it on the freelist.
545          *
546          * Note: we need to check the cached copy of c_flags because
547          * if it was not local, then it's not safe to deref the
548          * callout pointer.
549          */
550         if (c_flags & CALLOUT_LOCAL_ALLOC) {
551                 KASSERT(c->c_flags == CALLOUT_LOCAL_ALLOC,
552                     ("corrupted callout"));
553                 c->c_func = NULL;
554                 SLIST_INSERT_HEAD(&cc->cc_callfree, c, c_links.sle);
555         }
556         cc->cc_curr = NULL;
557         if (cc->cc_waiting) {
558                 /*
559                  * There is someone waiting for the
560                  * callout to complete.
561                  * If the callout was scheduled for
562                  * migration just cancel it.
563                  */
564                 if (cc_cme_migrating(cc))
565                         cc_cme_cleanup(cc);
566                 cc->cc_waiting = 0;
567                 CC_UNLOCK(cc);
568                 wakeup(&cc->cc_waiting);
569                 CC_LOCK(cc);
570         } else if (cc_cme_migrating(cc)) {
571 #ifdef SMP
572                 /*
573                  * If the callout was scheduled for
574                  * migration just perform it now.
575                  */
576                 new_cpu = cc->cc_migration_cpu;
577                 new_ticks = cc->cc_migration_ticks;
578                 new_func = cc->cc_migration_func;
579                 new_arg = cc->cc_migration_arg;
580                 cc_cme_cleanup(cc);
581
582                 /*
583                  * Handle deferred callout stops
584                  */
585                 if ((c->c_flags & CALLOUT_DFRMIGRATION) == 0) {
586                         CTR3(KTR_CALLOUT,
587                              "deferred cancelled %p func %p arg %p",
588                              c, new_func, new_arg);
589                         callout_cc_del(c, cc);
590                         goto nextc;
591                 }
592
593                 c->c_flags &= ~CALLOUT_DFRMIGRATION;
594
595                 /*
596                  * It should be assert here that the
597                  * callout is not destroyed but that
598                  * is not easy.
599                  */
600                 new_cc = callout_cpu_switch(c, cc, new_cpu);
601                 callout_cc_add(c, new_cc, new_ticks, new_func, new_arg,
602                     new_cpu);
603                 CC_UNLOCK(new_cc);
604                 CC_LOCK(cc);
605 #else
606                 panic("migration should not happen");
607 #endif
608         }
609 #ifdef SMP
610 nextc:
611 #endif
612         return (cc->cc_next);
613 }
614
615 /*
616  * The callout mechanism is based on the work of Adam M. Costello and 
617  * George Varghese, published in a technical report entitled "Redesigning
618  * the BSD Callout and Timer Facilities" and modified slightly for inclusion
619  * in FreeBSD by Justin T. Gibbs.  The original work on the data structures
620  * used in this implementation was published by G. Varghese and T. Lauck in
621  * the paper "Hashed and Hierarchical Timing Wheels: Data Structures for
622  * the Efficient Implementation of a Timer Facility" in the Proceedings of
623  * the 11th ACM Annual Symposium on Operating Systems Principles,
624  * Austin, Texas Nov 1987.
625  */
626
627 /*
628  * Software (low priority) clock interrupt.
629  * Run periodic events from timeout queue.
630  */
631 void
632 softclock(void *arg)
633 {
634         struct callout_cpu *cc;
635         struct callout *c;
636         struct callout_tailq *bucket;
637         int curticks;
638         int steps;      /* #steps since we last allowed interrupts */
639         int depth;
640         int mpcalls;
641         int lockcalls;
642         int gcalls;
643
644 #ifndef MAX_SOFTCLOCK_STEPS
645 #define MAX_SOFTCLOCK_STEPS 100 /* Maximum allowed value of steps. */
646 #endif /* MAX_SOFTCLOCK_STEPS */
647
648         mpcalls = 0;
649         lockcalls = 0;
650         gcalls = 0;
651         depth = 0;
652         steps = 0;
653         cc = (struct callout_cpu *)arg;
654         CC_LOCK(cc);
655         while (cc->cc_softticks - 1 != cc->cc_ticks) {
656                 /*
657                  * cc_softticks may be modified by hard clock, so cache
658                  * it while we work on a given bucket.
659                  */
660                 curticks = cc->cc_softticks;
661                 cc->cc_softticks++;
662                 bucket = &cc->cc_callwheel[curticks & callwheelmask];
663                 c = TAILQ_FIRST(bucket);
664                 while (c != NULL) {
665                         depth++;
666                         if (c->c_time != curticks) {
667                                 c = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
668                                 ++steps;
669                                 if (steps >= MAX_SOFTCLOCK_STEPS) {
670                                         cc->cc_next = c;
671                                         /* Give interrupts a chance. */
672                                         CC_UNLOCK(cc);
673                                         ;       /* nothing */
674                                         CC_LOCK(cc);
675                                         c = cc->cc_next;
676                                         steps = 0;
677                                 }
678                         } else {
679                                 TAILQ_REMOVE(bucket, c, c_links.tqe);
680                                 c = softclock_call_cc(c, cc, &mpcalls,
681                                     &lockcalls, &gcalls);
682                                 steps = 0;
683                         }
684                 }
685         }
686         avg_depth += (depth * 1000 - avg_depth) >> 8;
687         avg_mpcalls += (mpcalls * 1000 - avg_mpcalls) >> 8;
688         avg_lockcalls += (lockcalls * 1000 - avg_lockcalls) >> 8;
689         avg_gcalls += (gcalls * 1000 - avg_gcalls) >> 8;
690         cc->cc_next = NULL;
691         CC_UNLOCK(cc);
692 }
693
694 /*
695  * timeout --
696  *      Execute a function after a specified length of time.
697  *
698  * untimeout --
699  *      Cancel previous timeout function call.
700  *
701  * callout_handle_init --
702  *      Initialize a handle so that using it with untimeout is benign.
703  *
704  *      See AT&T BCI Driver Reference Manual for specification.  This
705  *      implementation differs from that one in that although an 
706  *      identification value is returned from timeout, the original
707  *      arguments to timeout as well as the identifier are used to
708  *      identify entries for untimeout.
709  */
710 struct callout_handle
711 timeout(ftn, arg, to_ticks)
712         timeout_t *ftn;
713         void *arg;
714         int to_ticks;
715 {
716         struct callout_cpu *cc;
717         struct callout *new;
718         struct callout_handle handle;
719
720         cc = CC_CPU(timeout_cpu);
721         CC_LOCK(cc);
722         /* Fill in the next free callout structure. */
723         new = SLIST_FIRST(&cc->cc_callfree);
724         if (new == NULL)
725                 /* XXX Attempt to malloc first */
726                 panic("timeout table full");
727         SLIST_REMOVE_HEAD(&cc->cc_callfree, c_links.sle);
728         callout_reset(new, to_ticks, ftn, arg);
729         handle.callout = new;
730         CC_UNLOCK(cc);
731
732         return (handle);
733 }
734
735 void
736 untimeout(ftn, arg, handle)
737         timeout_t *ftn;
738         void *arg;
739         struct callout_handle handle;
740 {
741         struct callout_cpu *cc;
742
743         /*
744          * Check for a handle that was initialized
745          * by callout_handle_init, but never used
746          * for a real timeout.
747          */
748         if (handle.callout == NULL)
749                 return;
750
751         cc = callout_lock(handle.callout);
752         if (handle.callout->c_func == ftn && handle.callout->c_arg == arg)
753                 callout_stop(handle.callout);
754         CC_UNLOCK(cc);
755 }
756
757 void
758 callout_handle_init(struct callout_handle *handle)
759 {
760         handle->callout = NULL;
761 }
762
763 /*
764  * New interface; clients allocate their own callout structures.
765  *
766  * callout_reset() - establish or change a timeout
767  * callout_stop() - disestablish a timeout
768  * callout_init() - initialize a callout structure so that it can
769  *      safely be passed to callout_reset() and callout_stop()
770  *
771  * <sys/callout.h> defines three convenience macros:
772  *
773  * callout_active() - returns truth if callout has not been stopped,
774  *      drained, or deactivated since the last time the callout was
775  *      reset.
776  * callout_pending() - returns truth if callout is still waiting for timeout
777  * callout_deactivate() - marks the callout as having been serviced
778  */
779 int
780 callout_reset_on(struct callout *c, int to_ticks, void (*ftn)(void *),
781     void *arg, int cpu)
782 {
783         struct callout_cpu *cc;
784         int cancelled = 0;
785
786         /*
787          * Don't allow migration of pre-allocated callouts lest they
788          * become unbalanced.
789          */
790         if (c->c_flags & CALLOUT_LOCAL_ALLOC)
791                 cpu = c->c_cpu;
792         cc = callout_lock(c);
793         if (cc->cc_curr == c) {
794                 /*
795                  * We're being asked to reschedule a callout which is
796                  * currently in progress.  If there is a lock then we
797                  * can cancel the callout if it has not really started.
798                  */
799                 if (c->c_lock != NULL && !cc->cc_cancel)
800                         cancelled = cc->cc_cancel = 1;
801                 if (cc->cc_waiting) {
802                         /*
803                          * Someone has called callout_drain to kill this
804                          * callout.  Don't reschedule.
805                          */
806                         CTR4(KTR_CALLOUT, "%s %p func %p arg %p",
807                             cancelled ? "cancelled" : "failed to cancel",
808                             c, c->c_func, c->c_arg);
809                         CC_UNLOCK(cc);
810                         return (cancelled);
811                 }
812         }
813         if (c->c_flags & CALLOUT_PENDING) {
814                 if (cc->cc_next == c) {
815                         cc->cc_next = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
816                 }
817                 TAILQ_REMOVE(&cc->cc_callwheel[c->c_time & callwheelmask], c,
818                     c_links.tqe);
819
820                 cancelled = 1;
821                 c->c_flags &= ~(CALLOUT_ACTIVE | CALLOUT_PENDING);
822         }
823
824 #ifdef SMP
825         /*
826          * If the callout must migrate try to perform it immediately.
827          * If the callout is currently running, just defer the migration
828          * to a more appropriate moment.
829          */
830         if (c->c_cpu != cpu) {
831                 if (cc->cc_curr == c) {
832                         cc->cc_migration_cpu = cpu;
833                         cc->cc_migration_ticks = to_ticks;
834                         cc->cc_migration_func = ftn;
835                         cc->cc_migration_arg = arg;
836                         c->c_flags |= CALLOUT_DFRMIGRATION;
837                         CTR5(KTR_CALLOUT,
838                     "migration of %p func %p arg %p in %d to %u deferred",
839                             c, c->c_func, c->c_arg, to_ticks, cpu);
840                         CC_UNLOCK(cc);
841                         return (cancelled);
842                 }
843                 cc = callout_cpu_switch(c, cc, cpu);
844         }
845 #endif
846
847         callout_cc_add(c, cc, to_ticks, ftn, arg, cpu);
848         CTR5(KTR_CALLOUT, "%sscheduled %p func %p arg %p in %d",
849             cancelled ? "re" : "", c, c->c_func, c->c_arg, to_ticks);
850         CC_UNLOCK(cc);
851
852         return (cancelled);
853 }
854
855 /*
856  * Common idioms that can be optimized in the future.
857  */
858 int
859 callout_schedule_on(struct callout *c, int to_ticks, int cpu)
860 {
861         return callout_reset_on(c, to_ticks, c->c_func, c->c_arg, cpu);
862 }
863
864 int
865 callout_schedule(struct callout *c, int to_ticks)
866 {
867         return callout_reset_on(c, to_ticks, c->c_func, c->c_arg, c->c_cpu);
868 }
869
870 int
871 _callout_stop_safe(c, safe)
872         struct  callout *c;
873         int     safe;
874 {
875         struct callout_cpu *cc, *old_cc;
876         struct lock_class *class;
877         int use_lock, sq_locked;
878
879         /*
880          * Some old subsystems don't hold Giant while running a callout_stop(),
881          * so just discard this check for the moment.
882          */
883         if (!safe && c->c_lock != NULL) {
884                 if (c->c_lock == &Giant.lock_object)
885                         use_lock = mtx_owned(&Giant);
886                 else {
887                         use_lock = 1;
888                         class = LOCK_CLASS(c->c_lock);
889                         class->lc_assert(c->c_lock, LA_XLOCKED);
890                 }
891         } else
892                 use_lock = 0;
893
894         sq_locked = 0;
895         old_cc = NULL;
896 again:
897         cc = callout_lock(c);
898
899         /*
900          * If the callout was migrating while the callout cpu lock was
901          * dropped,  just drop the sleepqueue lock and check the states
902          * again.
903          */
904         if (sq_locked != 0 && cc != old_cc) {
905 #ifdef SMP
906                 CC_UNLOCK(cc);
907                 sleepq_release(&old_cc->cc_waiting);
908                 sq_locked = 0;
909                 old_cc = NULL;
910                 goto again;
911 #else
912                 panic("migration should not happen");
913 #endif
914         }
915
916         /*
917          * If the callout isn't pending, it's not on the queue, so
918          * don't attempt to remove it from the queue.  We can try to
919          * stop it by other means however.
920          */
921         if (!(c->c_flags & CALLOUT_PENDING)) {
922                 c->c_flags &= ~CALLOUT_ACTIVE;
923
924                 /*
925                  * If it wasn't on the queue and it isn't the current
926                  * callout, then we can't stop it, so just bail.
927                  */
928                 if (cc->cc_curr != c) {
929                         CTR3(KTR_CALLOUT, "failed to stop %p func %p arg %p",
930                             c, c->c_func, c->c_arg);
931                         CC_UNLOCK(cc);
932                         if (sq_locked)
933                                 sleepq_release(&cc->cc_waiting);
934                         return (0);
935                 }
936
937                 if (safe) {
938                         /*
939                          * The current callout is running (or just
940                          * about to run) and blocking is allowed, so
941                          * just wait for the current invocation to
942                          * finish.
943                          */
944                         while (cc->cc_curr == c) {
945
946                                 /*
947                                  * Use direct calls to sleepqueue interface
948                                  * instead of cv/msleep in order to avoid
949                                  * a LOR between cc_lock and sleepqueue
950                                  * chain spinlocks.  This piece of code
951                                  * emulates a msleep_spin() call actually.
952                                  *
953                                  * If we already have the sleepqueue chain
954                                  * locked, then we can safely block.  If we
955                                  * don't already have it locked, however,
956                                  * we have to drop the cc_lock to lock
957                                  * it.  This opens several races, so we
958                                  * restart at the beginning once we have
959                                  * both locks.  If nothing has changed, then
960                                  * we will end up back here with sq_locked
961                                  * set.
962                                  */
963                                 if (!sq_locked) {
964                                         CC_UNLOCK(cc);
965                                         sleepq_lock(&cc->cc_waiting);
966                                         sq_locked = 1;
967                                         old_cc = cc;
968                                         goto again;
969                                 }
970
971                                 /*
972                                  * Migration could be cancelled here, but
973                                  * as long as it is still not sure when it
974                                  * will be packed up, just let softclock()
975                                  * take care of it.
976                                  */
977                                 cc->cc_waiting = 1;
978                                 DROP_GIANT();
979                                 CC_UNLOCK(cc);
980                                 sleepq_add(&cc->cc_waiting,
981                                     &cc->cc_lock.lock_object, "codrain",
982                                     SLEEPQ_SLEEP, 0);
983                                 sleepq_wait(&cc->cc_waiting, 0);
984                                 sq_locked = 0;
985                                 old_cc = NULL;
986
987                                 /* Reacquire locks previously released. */
988                                 PICKUP_GIANT();
989                                 CC_LOCK(cc);
990                         }
991                 } else if (use_lock && !cc->cc_cancel) {
992                         /*
993                          * The current callout is waiting for its
994                          * lock which we hold.  Cancel the callout
995                          * and return.  After our caller drops the
996                          * lock, the callout will be skipped in
997                          * softclock().
998                          */
999                         cc->cc_cancel = 1;
1000                         CTR3(KTR_CALLOUT, "cancelled %p func %p arg %p",
1001                             c, c->c_func, c->c_arg);
1002                         KASSERT(!cc_cme_migrating(cc),
1003                             ("callout wrongly scheduled for migration"));
1004                         CC_UNLOCK(cc);
1005                         KASSERT(!sq_locked, ("sleepqueue chain locked"));
1006                         return (1);
1007                 } else if ((c->c_flags & CALLOUT_DFRMIGRATION) != 0) {
1008                         c->c_flags &= ~CALLOUT_DFRMIGRATION;
1009                         CTR3(KTR_CALLOUT, "postponing stop %p func %p arg %p",
1010                             c, c->c_func, c->c_arg);
1011                         CC_UNLOCK(cc);
1012                         return (1);
1013                 }
1014                 CTR3(KTR_CALLOUT, "failed to stop %p func %p arg %p",
1015                     c, c->c_func, c->c_arg);
1016                 CC_UNLOCK(cc);
1017                 KASSERT(!sq_locked, ("sleepqueue chain still locked"));
1018                 return (0);
1019         }
1020         if (sq_locked)
1021                 sleepq_release(&cc->cc_waiting);
1022
1023         c->c_flags &= ~(CALLOUT_ACTIVE | CALLOUT_PENDING);
1024
1025         CTR3(KTR_CALLOUT, "cancelled %p func %p arg %p",
1026             c, c->c_func, c->c_arg);
1027         TAILQ_REMOVE(&cc->cc_callwheel[c->c_time & callwheelmask], c,
1028             c_links.tqe);
1029         callout_cc_del(c, cc);
1030
1031         CC_UNLOCK(cc);
1032         return (1);
1033 }
1034
1035 void
1036 callout_init(c, mpsafe)
1037         struct  callout *c;
1038         int mpsafe;
1039 {
1040         bzero(c, sizeof *c);
1041         if (mpsafe) {
1042                 c->c_lock = NULL;
1043                 c->c_flags = CALLOUT_RETURNUNLOCKED;
1044         } else {
1045                 c->c_lock = &Giant.lock_object;
1046                 c->c_flags = 0;
1047         }
1048         c->c_cpu = timeout_cpu;
1049 }
1050
1051 void
1052 _callout_init_lock(c, lock, flags)
1053         struct  callout *c;
1054         struct  lock_object *lock;
1055         int flags;
1056 {
1057         bzero(c, sizeof *c);
1058         c->c_lock = lock;
1059         KASSERT((flags & ~(CALLOUT_RETURNUNLOCKED | CALLOUT_SHAREDLOCK)) == 0,
1060             ("callout_init_lock: bad flags %d", flags));
1061         KASSERT(lock != NULL || (flags & CALLOUT_RETURNUNLOCKED) == 0,
1062             ("callout_init_lock: CALLOUT_RETURNUNLOCKED with no lock"));
1063         KASSERT(lock == NULL || !(LOCK_CLASS(lock)->lc_flags &
1064             (LC_SPINLOCK | LC_SLEEPABLE)), ("%s: invalid lock class",
1065             __func__));
1066         c->c_flags = flags & (CALLOUT_RETURNUNLOCKED | CALLOUT_SHAREDLOCK);
1067         c->c_cpu = timeout_cpu;
1068 }
1069
1070 #ifdef APM_FIXUP_CALLTODO
1071 /* 
1072  * Adjust the kernel calltodo timeout list.  This routine is used after 
1073  * an APM resume to recalculate the calltodo timer list values with the 
1074  * number of hz's we have been sleeping.  The next hardclock() will detect 
1075  * that there are fired timers and run softclock() to execute them.
1076  *
1077  * Please note, I have not done an exhaustive analysis of what code this
1078  * might break.  I am motivated to have my select()'s and alarm()'s that
1079  * have expired during suspend firing upon resume so that the applications
1080  * which set the timer can do the maintanence the timer was for as close
1081  * as possible to the originally intended time.  Testing this code for a 
1082  * week showed that resuming from a suspend resulted in 22 to 25 timers 
1083  * firing, which seemed independant on whether the suspend was 2 hours or
1084  * 2 days.  Your milage may vary.   - Ken Key <key@cs.utk.edu>
1085  */
1086 void
1087 adjust_timeout_calltodo(time_change)
1088     struct timeval *time_change;
1089 {
1090         register struct callout *p;
1091         unsigned long delta_ticks;
1092
1093         /* 
1094          * How many ticks were we asleep?
1095          * (stolen from tvtohz()).
1096          */
1097
1098         /* Don't do anything */
1099         if (time_change->tv_sec < 0)
1100                 return;
1101         else if (time_change->tv_sec <= LONG_MAX / 1000000)
1102                 delta_ticks = (time_change->tv_sec * 1000000 +
1103                                time_change->tv_usec + (tick - 1)) / tick + 1;
1104         else if (time_change->tv_sec <= LONG_MAX / hz)
1105                 delta_ticks = time_change->tv_sec * hz +
1106                               (time_change->tv_usec + (tick - 1)) / tick + 1;
1107         else
1108                 delta_ticks = LONG_MAX;
1109
1110         if (delta_ticks > INT_MAX)
1111                 delta_ticks = INT_MAX;
1112
1113         /* 
1114          * Now rip through the timer calltodo list looking for timers
1115          * to expire.
1116          */
1117
1118         /* don't collide with softclock() */
1119         CC_LOCK(cc);
1120         for (p = calltodo.c_next; p != NULL; p = p->c_next) {
1121                 p->c_time -= delta_ticks;
1122
1123                 /* Break if the timer had more time on it than delta_ticks */
1124                 if (p->c_time > 0)
1125                         break;
1126
1127                 /* take back the ticks the timer didn't use (p->c_time <= 0) */
1128                 delta_ticks = -p->c_time;
1129         }
1130         CC_UNLOCK(cc);
1131
1132         return;
1133 }
1134 #endif /* APM_FIXUP_CALLTODO */