]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_4bsd.c
vmware: Fix a typo in a source code comment
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_4bsd.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1982, 1986, 1990, 1991, 1993
5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
6  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
7  * All or some portions of this file are derived from material licensed
8  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
9  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
10  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  */
36
37 #include <sys/cdefs.h>
38 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
39 #include "opt_sched.h"
40
41 #include <sys/param.h>
42 #include <sys/systm.h>
43 #include <sys/cpuset.h>
44 #include <sys/kernel.h>
45 #include <sys/ktr.h>
46 #include <sys/lock.h>
47 #include <sys/kthread.h>
48 #include <sys/mutex.h>
49 #include <sys/proc.h>
50 #include <sys/resourcevar.h>
51 #include <sys/sched.h>
52 #include <sys/sdt.h>
53 #include <sys/smp.h>
54 #include <sys/sysctl.h>
55 #include <sys/sx.h>
56 #include <sys/turnstile.h>
57 #include <sys/umtxvar.h>
58 #include <machine/pcb.h>
59 #include <machine/smp.h>
60
61 #ifdef HWPMC_HOOKS
62 #include <sys/pmckern.h>
63 #endif
64
65 #ifdef KDTRACE_HOOKS
66 #include <sys/dtrace_bsd.h>
67 int __read_mostly               dtrace_vtime_active;
68 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
69 #endif
70
71 /*
72  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT is only suitable for statclock() frequencies in
73  * the range 100-256 Hz (approximately).
74  */
75 #define ESTCPULIM(e) \
76     min((e), INVERSE_ESTCPU_WEIGHT * (NICE_WEIGHT * (PRIO_MAX - PRIO_MIN) - \
77     RQ_PPQ) + INVERSE_ESTCPU_WEIGHT - 1)
78 #ifdef SMP
79 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   (8 * smp_cpus)
80 #else
81 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   8       /* 1 / (priorities per estcpu level). */
82 #endif
83 #define NICE_WEIGHT             1       /* Priorities per nice level. */
84
85 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
86
87 /*
88  * The schedulable entity that runs a context.
89  * This is  an extension to the thread structure and is tailored to
90  * the requirements of this scheduler.
91  * All fields are protected by the scheduler lock.
92  */
93 struct td_sched {
94         fixpt_t         ts_pctcpu;      /* %cpu during p_swtime. */
95         u_int           ts_estcpu;      /* Estimated cpu utilization. */
96         int             ts_cpticks;     /* Ticks of cpu time. */
97         int             ts_slptime;     /* Seconds !RUNNING. */
98         int             ts_slice;       /* Remaining part of time slice. */
99         int             ts_flags;
100         struct runq     *ts_runq;       /* runq the thread is currently on */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105
106 /* flags kept in td_flags */
107 #define TDF_DIDRUN      TDF_SCHED0      /* thread actually ran. */
108 #define TDF_BOUND       TDF_SCHED1      /* Bound to one CPU. */
109 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
110
111 /* flags kept in ts_flags */
112 #define TSF_AFFINITY    0x0001          /* Has a non-"full" CPU set. */
113
114 #define SKE_RUNQ_PCPU(ts)                                               \
115     ((ts)->ts_runq != 0 && (ts)->ts_runq != &runq)
116
117 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
118     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
119
120 _Static_assert(sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched) <=
121     sizeof(struct thread0_storage),
122     "increase struct thread0_storage.t0st_sched size");
123
124 static struct mtx sched_lock;
125
126 static int      realstathz = 127; /* stathz is sometimes 0 and run off of hz. */
127 static int      sched_tdcnt;    /* Total runnable threads in the system. */
128 static int      sched_slice = 12; /* Thread run time before rescheduling. */
129
130 static void     setup_runqs(void);
131 static void     schedcpu(void);
132 static void     schedcpu_thread(void);
133 static void     sched_priority(struct thread *td, u_char prio);
134 static void     sched_setup(void *dummy);
135 static void     maybe_resched(struct thread *td);
136 static void     updatepri(struct thread *td);
137 static void     resetpriority(struct thread *td);
138 static void     resetpriority_thread(struct thread *td);
139 #ifdef SMP
140 static int      sched_pickcpu(struct thread *td);
141 static int      forward_wakeup(int cpunum);
142 static void     kick_other_cpu(int pri, int cpuid);
143 #endif
144
145 static struct kproc_desc sched_kp = {
146         "schedcpu",
147         schedcpu_thread,
148         NULL
149 };
150 SYSINIT(schedcpu, SI_SUB_LAST, SI_ORDER_FIRST, kproc_start,
151     &sched_kp);
152 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
153
154 static void sched_initticks(void *dummy);
155 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
156     NULL);
157
158 /*
159  * Global run queue.
160  */
161 static struct runq runq;
162
163 #ifdef SMP
164 /*
165  * Per-CPU run queues
166  */
167 static struct runq runq_pcpu[MAXCPU];
168 long runq_length[MAXCPU];
169
170 static cpuset_t idle_cpus_mask;
171 #endif
172
173 struct pcpuidlestat {
174         u_int idlecalls;
175         u_int oldidlecalls;
176 };
177 DPCPU_DEFINE_STATIC(struct pcpuidlestat, idlestat);
178
179 static void
180 setup_runqs(void)
181 {
182 #ifdef SMP
183         int i;
184
185         for (i = 0; i < MAXCPU; ++i)
186                 runq_init(&runq_pcpu[i]);
187 #endif
188
189         runq_init(&runq);
190 }
191
192 static int
193 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
194 {
195         int error, new_val, period;
196
197         period = 1000000 / realstathz;
198         new_val = period * sched_slice;
199         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
200         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
201                 return (error);
202         if (new_val <= 0)
203                 return (EINVAL);
204         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
205         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
206             realstathz);
207         return (0);
208 }
209
210 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
211     "Scheduler");
212
213 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "4BSD", 0,
214     "Scheduler name");
215 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum,
216     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
217     sysctl_kern_quantum, "I",
218     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
219 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
220     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
221 #ifdef SMP
222 /* Enable forwarding of wakeups to all other cpus */
223 static SYSCTL_NODE(_kern_sched, OID_AUTO, ipiwakeup,
224     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
225     "Kernel SMP");
226
227 static int runq_fuzz = 1;
228 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, runq_fuzz, CTLFLAG_RW, &runq_fuzz, 0, "");
229
230 static int forward_wakeup_enabled = 1;
231 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, enabled, CTLFLAG_RW,
232            &forward_wakeup_enabled, 0,
233            "Forwarding of wakeup to idle CPUs");
234
235 static int forward_wakeups_requested = 0;
236 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, requested, CTLFLAG_RD,
237            &forward_wakeups_requested, 0,
238            "Requests for Forwarding of wakeup to idle CPUs");
239
240 static int forward_wakeups_delivered = 0;
241 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, delivered, CTLFLAG_RD,
242            &forward_wakeups_delivered, 0,
243            "Completed Forwarding of wakeup to idle CPUs");
244
245 static int forward_wakeup_use_mask = 1;
246 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, usemask, CTLFLAG_RW,
247            &forward_wakeup_use_mask, 0,
248            "Use the mask of idle cpus");
249
250 static int forward_wakeup_use_loop = 0;
251 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, useloop, CTLFLAG_RW,
252            &forward_wakeup_use_loop, 0,
253            "Use a loop to find idle cpus");
254
255 #endif
256 #if 0
257 static int sched_followon = 0;
258 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, followon, CTLFLAG_RW,
259            &sched_followon, 0,
260            "allow threads to share a quantum");
261 #endif
262
263 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
264
265 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
266     "struct proc *", "uint8_t");
267 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
268     "struct proc *", "void *");
269 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
270     "struct proc *", "void *", "int");
271 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
272     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
273 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
274 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *",
275     "struct proc *");
276 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
277 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
278 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *",
279     "struct proc *");
280
281 static __inline void
282 sched_load_add(void)
283 {
284
285         sched_tdcnt++;
286         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
287         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
288 }
289
290 static __inline void
291 sched_load_rem(void)
292 {
293
294         sched_tdcnt--;
295         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
296         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
297 }
298 /*
299  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
300  * schedulers into account.
301  */
302 static void
303 maybe_resched(struct thread *td)
304 {
305
306         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
307         if (td->td_priority < curthread->td_priority)
308                 curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
309 }
310
311 /*
312  * This function is called when a thread is about to be put on run queue
313  * because it has been made runnable or its priority has been adjusted.  It
314  * determines if the new thread should preempt the current thread.  If so,
315  * it sets td_owepreempt to request a preemption.
316  */
317 int
318 maybe_preempt(struct thread *td)
319 {
320 #ifdef PREEMPTION
321         struct thread *ctd;
322         int cpri, pri;
323
324         /*
325          * The new thread should not preempt the current thread if any of the
326          * following conditions are true:
327          *
328          *  - The kernel is in the throes of crashing (panicstr).
329          *  - The current thread has a higher (numerically lower) or
330          *    equivalent priority.  Note that this prevents curthread from
331          *    trying to preempt to itself.
332          *  - The current thread has an inhibitor set or is in the process of
333          *    exiting.  In this case, the current thread is about to switch
334          *    out anyways, so there's no point in preempting.  If we did,
335          *    the current thread would not be properly resumed as well, so
336          *    just avoid that whole landmine.
337          *  - If the new thread's priority is not a realtime priority and
338          *    the current thread's priority is not an idle priority and
339          *    FULL_PREEMPTION is disabled.
340          *
341          * If all of these conditions are false, but the current thread is in
342          * a nested critical section, then we have to defer the preemption
343          * until we exit the critical section.  Otherwise, switch immediately
344          * to the new thread.
345          */
346         ctd = curthread;
347         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
348         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
349                         ("maybe_preempt: trying to run inhibited thread"));
350         pri = td->td_priority;
351         cpri = ctd->td_priority;
352         if (KERNEL_PANICKED() || pri >= cpri /* || dumping */ ||
353             TD_IS_INHIBITED(ctd))
354                 return (0);
355 #ifndef FULL_PREEMPTION
356         if (pri > PRI_MAX_ITHD && cpri < PRI_MIN_IDLE)
357                 return (0);
358 #endif
359
360         CTR0(KTR_PROC, "maybe_preempt: scheduling preemption");
361         ctd->td_owepreempt = 1;
362         return (1);
363 #else
364         return (0);
365 #endif
366 }
367
368 /*
369  * Constants for digital decay and forget:
370  *      90% of (ts_estcpu) usage in 5 * loadav time
371  *      95% of (ts_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
372  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
373  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
374  *
375  * Note that schedclock() updates ts_estcpu and p_cpticks asynchronously.
376  *
377  * We wish to decay away 90% of ts_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
378  * That is, the system wants to compute a value of decay such
379  * that the following for loop:
380  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
381  *              ts_estcpu *= decay;
382  * will compute
383  *      ts_estcpu *= 0.1;
384  * for all values of loadavg:
385  *
386  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
387  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
388  *
389  * The system computes decay as:
390  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
391  *
392  * We wish to prove that the system's computation of decay
393  * will always fulfill the equation:
394  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
395  *
396  * If we compute b as:
397  *      b = 2 * loadavg
398  * then
399  *      decay = b / (b + 1)
400  *
401  * We now need to prove two things:
402  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
403  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
404  *
405  * Facts:
406  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
407  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
408  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
409  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
410  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
411  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
412  *         ln(.1) =~ -2.30
413  *
414  * Proof of (1):
415  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
416  *      solving for factor,
417  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
418  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
419  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
420  *
421  * Proof of (2):
422  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
423  *      solving for power,
424  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
425  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
426  *
427  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
428  *      loadav: 1       2       3       4
429  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
430  */
431
432 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
433 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
434 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
435
436 /* decay 95% of `ts_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
437 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
438 SYSCTL_UINT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0,
439     "Decay factor used for updating %CPU");
440
441 /*
442  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
443  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
444  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
445  *
446  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
447  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
448  *
449  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
450  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
451  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
452  */
453 #define CCPU_SHIFT      11
454
455 /*
456  * Recompute process priorities, every hz ticks.
457  * MP-safe, called without the Giant mutex.
458  */
459 /* ARGSUSED */
460 static void
461 schedcpu(void)
462 {
463         fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
464         struct thread *td;
465         struct proc *p;
466         struct td_sched *ts;
467         int awake;
468
469         sx_slock(&allproc_lock);
470         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
471                 PROC_LOCK(p);
472                 if (p->p_state == PRS_NEW) {
473                         PROC_UNLOCK(p);
474                         continue;
475                 }
476                 FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
477                         awake = 0;
478                         ts = td_get_sched(td);
479                         thread_lock(td);
480                         /*
481                          * Increment sleep time (if sleeping).  We
482                          * ignore overflow, as above.
483                          */
484                         /*
485                          * The td_sched slptimes are not touched in wakeup
486                          * because the thread may not HAVE everything in
487                          * memory? XXX I think this is out of date.
488                          */
489                         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
490                                 awake = 1;
491                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
492                         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
493                                 awake = 1;
494                                 /* Do not clear TDF_DIDRUN */
495                         } else if (td->td_flags & TDF_DIDRUN) {
496                                 awake = 1;
497                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
498                         }
499
500                         /*
501                          * ts_pctcpu is only for ps and ttyinfo().
502                          */
503                         ts->ts_pctcpu = (ts->ts_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
504                         /*
505                          * If the td_sched has been idle the entire second,
506                          * stop recalculating its priority until
507                          * it wakes up.
508                          */
509                         if (ts->ts_cpticks != 0) {
510 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
511                                 ts->ts_pctcpu += (realstathz == 100)
512                                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
513                                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
514                                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
515                                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
516 #else
517                                 ts->ts_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
518                                     (ts->ts_cpticks *
519                                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
520 #endif
521                                 ts->ts_cpticks = 0;
522                         }
523                         /*
524                          * If there are ANY running threads in this process,
525                          * then don't count it as sleeping.
526                          * XXX: this is broken.
527                          */
528                         if (awake) {
529                                 if (ts->ts_slptime > 1) {
530                                         /*
531                                          * In an ideal world, this should not
532                                          * happen, because whoever woke us
533                                          * up from the long sleep should have
534                                          * unwound the slptime and reset our
535                                          * priority before we run at the stale
536                                          * priority.  Should KASSERT at some
537                                          * point when all the cases are fixed.
538                                          */
539                                         updatepri(td);
540                                 }
541                                 ts->ts_slptime = 0;
542                         } else
543                                 ts->ts_slptime++;
544                         if (ts->ts_slptime > 1) {
545                                 thread_unlock(td);
546                                 continue;
547                         }
548                         ts->ts_estcpu = decay_cpu(loadfac, ts->ts_estcpu);
549                         resetpriority(td);
550                         resetpriority_thread(td);
551                         thread_unlock(td);
552                 }
553                 PROC_UNLOCK(p);
554         }
555         sx_sunlock(&allproc_lock);
556 }
557
558 /*
559  * Main loop for a kthread that executes schedcpu once a second.
560  */
561 static void
562 schedcpu_thread(void)
563 {
564
565         for (;;) {
566                 schedcpu();
567                 pause("-", hz);
568         }
569 }
570
571 /*
572  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
573  * For all load averages >= 1 and max ts_estcpu of 255, sleeping for at
574  * least six times the loadfactor will decay ts_estcpu to zero.
575  */
576 static void
577 updatepri(struct thread *td)
578 {
579         struct td_sched *ts;
580         fixpt_t loadfac;
581         unsigned int newcpu;
582
583         ts = td_get_sched(td);
584         loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
585         if (ts->ts_slptime > 5 * loadfac)
586                 ts->ts_estcpu = 0;
587         else {
588                 newcpu = ts->ts_estcpu;
589                 ts->ts_slptime--;       /* was incremented in schedcpu() */
590                 while (newcpu && --ts->ts_slptime)
591                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
592                 ts->ts_estcpu = newcpu;
593         }
594 }
595
596 /*
597  * Compute the priority of a process when running in user mode.
598  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
599  * than that of the current process.
600  */
601 static void
602 resetpriority(struct thread *td)
603 {
604         u_int newpriority;
605
606         if (td->td_pri_class != PRI_TIMESHARE)
607                 return;
608         newpriority = PUSER +
609             td_get_sched(td)->ts_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
610             NICE_WEIGHT * (td->td_proc->p_nice - PRIO_MIN);
611         newpriority = min(max(newpriority, PRI_MIN_TIMESHARE),
612             PRI_MAX_TIMESHARE);
613         sched_user_prio(td, newpriority);
614 }
615
616 /*
617  * Update the thread's priority when the associated process's user
618  * priority changes.
619  */
620 static void
621 resetpriority_thread(struct thread *td)
622 {
623
624         /* Only change threads with a time sharing user priority. */
625         if (td->td_priority < PRI_MIN_TIMESHARE ||
626             td->td_priority > PRI_MAX_TIMESHARE)
627                 return;
628
629         /* XXX the whole needresched thing is broken, but not silly. */
630         maybe_resched(td);
631
632         sched_prio(td, td->td_user_pri);
633 }
634
635 /* ARGSUSED */
636 static void
637 sched_setup(void *dummy)
638 {
639
640         setup_runqs();
641
642         /* Account for thread0. */
643         sched_load_add();
644 }
645
646 /*
647  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
648  */
649 static void
650 sched_initticks(void *dummy)
651 {
652
653         realstathz = stathz ? stathz : hz;
654         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
655         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
656             realstathz);
657 }
658
659 /* External interfaces start here */
660
661 /*
662  * Very early in the boot some setup of scheduler-specific
663  * parts of proc0 and of some scheduler resources needs to be done.
664  * Called from:
665  *  proc0_init()
666  */
667 void
668 schedinit(void)
669 {
670
671         /*
672          * Set up the scheduler specific parts of thread0.
673          */
674         thread0.td_lock = &sched_lock;
675         td_get_sched(&thread0)->ts_slice = sched_slice;
676         mtx_init(&sched_lock, "sched lock", NULL, MTX_SPIN);
677 }
678
679 void
680 schedinit_ap(void)
681 {
682
683         /* Nothing needed. */
684 }
685
686 int
687 sched_runnable(void)
688 {
689 #ifdef SMP
690         return runq_check(&runq) + runq_check(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
691 #else
692         return runq_check(&runq);
693 #endif
694 }
695
696 int
697 sched_rr_interval(void)
698 {
699
700         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
701         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
702 }
703
704 /*
705  * We adjust the priority of the current process.  The priority of a
706  * process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
707  * estimator (ts_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
708  * compute a different priority each time ts_estcpu increases by
709  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT (until PRI_MAX_TIMESHARE is reached).  The
710  * cpu usage estimator ramps up quite quickly when the process is
711  * running (linearly), and decays away exponentially, at a rate which
712  * is proportionally slower when the system is busy.  The basic
713  * principle is that the system will 90% forget that the process used
714  * a lot of CPU time in 5 * loadav seconds.  This causes the system to
715  * favor processes which haven't run much recently, and to round-robin
716  * among other processes.
717  */
718 static void
719 sched_clock_tick(struct thread *td)
720 {
721         struct pcpuidlestat *stat;
722         struct td_sched *ts;
723
724         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
725         ts = td_get_sched(td);
726
727         ts->ts_cpticks++;
728         ts->ts_estcpu = ESTCPULIM(ts->ts_estcpu + 1);
729         if ((ts->ts_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
730                 resetpriority(td);
731                 resetpriority_thread(td);
732         }
733
734         /*
735          * Force a context switch if the current thread has used up a full
736          * time slice (default is 100ms).
737          */
738         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
739                 ts->ts_slice = sched_slice;
740                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
741         }
742
743         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
744         stat->oldidlecalls = stat->idlecalls;
745         stat->idlecalls = 0;
746 }
747
748 void
749 sched_clock(struct thread *td, int cnt)
750 {
751
752         for ( ; cnt > 0; cnt--)
753                 sched_clock_tick(td);
754 }
755
756 /*
757  * Charge child's scheduling CPU usage to parent.
758  */
759 void
760 sched_exit(struct proc *p, struct thread *td)
761 {
762
763         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "proc exit",
764             "prio:%d", td->td_priority);
765
766         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
767         sched_exit_thread(FIRST_THREAD_IN_PROC(p), td);
768 }
769
770 void
771 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
772 {
773
774         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "exit",
775             "prio:%d", child->td_priority);
776         thread_lock(td);
777         td_get_sched(td)->ts_estcpu = ESTCPULIM(td_get_sched(td)->ts_estcpu +
778             td_get_sched(child)->ts_estcpu);
779         thread_unlock(td);
780         thread_lock(child);
781         if ((child->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
782                 sched_load_rem();
783         thread_unlock(child);
784 }
785
786 void
787 sched_fork(struct thread *td, struct thread *childtd)
788 {
789         sched_fork_thread(td, childtd);
790 }
791
792 void
793 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *childtd)
794 {
795         struct td_sched *ts, *tsc;
796
797         childtd->td_oncpu = NOCPU;
798         childtd->td_lastcpu = NOCPU;
799         childtd->td_lock = &sched_lock;
800         childtd->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
801         childtd->td_domain.dr_policy = td->td_cpuset->cs_domain;
802         childtd->td_priority = childtd->td_base_pri;
803         ts = td_get_sched(childtd);
804         bzero(ts, sizeof(*ts));
805         tsc = td_get_sched(td);
806         ts->ts_estcpu = tsc->ts_estcpu;
807         ts->ts_flags |= (tsc->ts_flags & TSF_AFFINITY);
808         ts->ts_slice = 1;
809 }
810
811 void
812 sched_nice(struct proc *p, int nice)
813 {
814         struct thread *td;
815
816         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
817         p->p_nice = nice;
818         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
819                 thread_lock(td);
820                 resetpriority(td);
821                 resetpriority_thread(td);
822                 thread_unlock(td);
823         }
824 }
825
826 void
827 sched_class(struct thread *td, int class)
828 {
829         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
830         td->td_pri_class = class;
831 }
832
833 /*
834  * Adjust the priority of a thread.
835  */
836 static void
837 sched_priority(struct thread *td, u_char prio)
838 {
839
840         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "priority change",
841             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio, KTR_ATTR_LINKED,
842             sched_tdname(curthread));
843         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
844         if (td != curthread && prio > td->td_priority) {
845                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
846                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
847                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
848                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
849                     curthread);
850         }
851         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
852         if (td->td_priority == prio)
853                 return;
854         td->td_priority = prio;
855         if (TD_ON_RUNQ(td) && td->td_rqindex != (prio / RQ_PPQ)) {
856                 sched_rem(td);
857                 sched_add(td, SRQ_BORING | SRQ_HOLDTD);
858         }
859 }
860
861 /*
862  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
863  * priority.
864  */
865 void
866 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
867 {
868
869         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
870         sched_priority(td, prio);
871 }
872
873 /*
874  * Restore a thread's priority when priority propagation is
875  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
876  * needs to have to satisfy other possible priority lending
877  * requests.  If the thread's regulary priority is less
878  * important than prio the thread will keep a priority boost
879  * of prio.
880  */
881 void
882 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
883 {
884         u_char base_pri;
885
886         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
887             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
888                 base_pri = td->td_user_pri;
889         else
890                 base_pri = td->td_base_pri;
891         if (prio >= base_pri) {
892                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
893                 sched_prio(td, base_pri);
894         } else
895                 sched_lend_prio(td, prio);
896 }
897
898 void
899 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
900 {
901         u_char oldprio;
902
903         /* First, update the base priority. */
904         td->td_base_pri = prio;
905
906         /*
907          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't ever
908          * lower the priority.
909          */
910         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
911                 return;
912
913         /* Change the real priority. */
914         oldprio = td->td_priority;
915         sched_priority(td, prio);
916
917         /*
918          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
919          * its state.
920          */
921         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
922                 turnstile_adjust(td, oldprio);
923 }
924
925 void
926 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
927 {
928
929         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
930         td->td_base_user_pri = prio;
931         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
932                 return;
933         td->td_user_pri = prio;
934 }
935
936 void
937 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
938 {
939
940         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
941         td->td_lend_user_pri = prio;
942         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
943         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
944                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
945         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
946                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
947 }
948
949 /*
950  * Like the above but first check if there is anything to do.
951  */
952 void
953 sched_lend_user_prio_cond(struct thread *td, u_char prio)
954 {
955
956         if (td->td_lend_user_pri != prio)
957                 goto lend;
958         if (td->td_user_pri != min(prio, td->td_base_user_pri))
959                 goto lend;
960         if (td->td_priority != td->td_user_pri)
961                 goto lend;
962         return;
963
964 lend:
965         thread_lock(td);
966         sched_lend_user_prio(td, prio);
967         thread_unlock(td);
968 }
969
970 void
971 sched_sleep(struct thread *td, int pri)
972 {
973
974         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
975         td->td_slptick = ticks;
976         td_get_sched(td)->ts_slptime = 0;
977         if (pri != 0 && PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
978                 sched_prio(td, pri);
979         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || pri >= PSOCK)
980                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
981 }
982
983 void
984 sched_switch(struct thread *td, int flags)
985 {
986         struct thread *newtd;
987         struct mtx *tmtx;
988         struct td_sched *ts;
989         struct proc *p;
990         int preempted;
991
992         tmtx = &sched_lock;
993         ts = td_get_sched(td);
994         p = td->td_proc;
995
996         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
997
998         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
999         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
1000             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
1001         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1002         td->td_owepreempt = 0;
1003         td->td_oncpu = NOCPU;
1004
1005         /*
1006          * At the last moment, if this thread is still marked RUNNING,
1007          * then put it back on the run queue as it has not been suspended
1008          * or stopped or any thing else similar.  We never put the idle
1009          * threads on the run queue, however.
1010          */
1011         if (td->td_flags & TDF_IDLETD) {
1012                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1013 #ifdef SMP
1014                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1015 #endif
1016         } else {
1017                 if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1018                         /* Put us back on the run queue. */
1019                         sched_add(td, preempted ?
1020                             SRQ_HOLDTD|SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1021                             SRQ_HOLDTD|SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING);
1022                 }
1023         }
1024
1025         /* 
1026          * Switch to the sched lock to fix things up and pick
1027          * a new thread.  Block the td_lock in order to avoid
1028          * breaking the critical path.
1029          */
1030         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1031                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1032                 tmtx = thread_lock_block(td);
1033                 mtx_unlock_spin(tmtx);
1034         }
1035
1036         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1037                 sched_load_rem();
1038
1039         newtd = choosethread();
1040         MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
1041
1042 #if (KTR_COMPILE & KTR_SCHED) != 0
1043         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
1044                 KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "idle",
1045                     "prio:%d", td->td_priority);
1046         else
1047                 KTR_STATE3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), KTDSTATE(td),
1048                     "prio:%d", td->td_priority, "wmesg:\"%s\"", td->td_wmesg,
1049                     "lockname:\"%s\"", td->td_lockname);
1050 #endif
1051
1052         if (td != newtd) {
1053 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1054                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1055                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1056 #endif
1057
1058                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1059
1060                 /* I feel sleepy */
1061                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object, true);
1062 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1063                 /*
1064                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1065                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1066                  * function to call.
1067                  */
1068                 if (dtrace_vtime_active)
1069                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1070 #endif
1071
1072                 cpu_switch(td, newtd, tmtx);
1073                 lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object, true,
1074                     0, 0, __FILE__, __LINE__);
1075                 /*
1076                  * Where am I?  What year is it?
1077                  * We are in the same thread that went to sleep above,
1078                  * but any amount of time may have passed. All our context
1079                  * will still be available as will local variables.
1080                  * PCPU values however may have changed as we may have
1081                  * changed CPU so don't trust cached values of them.
1082                  * New threads will go to fork_exit() instead of here
1083                  * so if you change things here you may need to change
1084                  * things there too.
1085                  *
1086                  * If the thread above was exiting it will never wake
1087                  * up again here, so either it has saved everything it
1088                  * needed to, or the thread_wait() or wait() will
1089                  * need to reap it.
1090                  */
1091
1092                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1093 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1094                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1095                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1096 #endif
1097         } else {
1098                 td->td_lock = &sched_lock;
1099                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1100         }
1101
1102         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1103             "prio:%d", td->td_priority);
1104
1105 #ifdef SMP
1106         if (td->td_flags & TDF_IDLETD)
1107                 CPU_SET(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1108 #endif
1109         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1110         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1111         spinlock_enter();
1112         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1113 }
1114
1115 void
1116 sched_wakeup(struct thread *td, int srqflags)
1117 {
1118         struct td_sched *ts;
1119
1120         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1121         ts = td_get_sched(td);
1122         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1123         if (ts->ts_slptime > 1) {
1124                 updatepri(td);
1125                 resetpriority(td);
1126         }
1127         td->td_slptick = 0;
1128         ts->ts_slptime = 0;
1129         ts->ts_slice = sched_slice;
1130         sched_add(td, srqflags);
1131 }
1132
1133 #ifdef SMP
1134 static int
1135 forward_wakeup(int cpunum)
1136 {
1137         struct pcpu *pc;
1138         cpuset_t dontuse, map, map2;
1139         u_int id, me;
1140         int iscpuset;
1141
1142         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1143
1144         CTR0(KTR_RUNQ, "forward_wakeup()");
1145
1146         if ((!forward_wakeup_enabled) ||
1147              (forward_wakeup_use_mask == 0 && forward_wakeup_use_loop == 0))
1148                 return (0);
1149         if (!smp_started || KERNEL_PANICKED())
1150                 return (0);
1151
1152         forward_wakeups_requested++;
1153
1154         /*
1155          * Check the idle mask we received against what we calculated
1156          * before in the old version.
1157          */
1158         me = PCPU_GET(cpuid);
1159
1160         /* Don't bother if we should be doing it ourself. */
1161         if (CPU_ISSET(me, &idle_cpus_mask) &&
1162             (cpunum == NOCPU || me == cpunum))
1163                 return (0);
1164
1165         CPU_SETOF(me, &dontuse);
1166         CPU_OR(&dontuse, &dontuse, &stopped_cpus);
1167         CPU_OR(&dontuse, &dontuse, &hlt_cpus_mask);
1168         CPU_ZERO(&map2);
1169         if (forward_wakeup_use_loop) {
1170                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1171                         id = pc->pc_cpuid;
1172                         if (!CPU_ISSET(id, &dontuse) &&
1173                             pc->pc_curthread == pc->pc_idlethread) {
1174                                 CPU_SET(id, &map2);
1175                         }
1176                 }
1177         }
1178
1179         if (forward_wakeup_use_mask) {
1180                 map = idle_cpus_mask;
1181                 CPU_ANDNOT(&map, &map, &dontuse);
1182
1183                 /* If they are both on, compare and use loop if different. */
1184                 if (forward_wakeup_use_loop) {
1185                         if (CPU_CMP(&map, &map2)) {
1186                                 printf("map != map2, loop method preferred\n");
1187                                 map = map2;
1188                         }
1189                 }
1190         } else {
1191                 map = map2;
1192         }
1193
1194         /* If we only allow a specific CPU, then mask off all the others. */
1195         if (cpunum != NOCPU) {
1196                 KASSERT((cpunum <= mp_maxcpus),("forward_wakeup: bad cpunum."));
1197                 iscpuset = CPU_ISSET(cpunum, &map);
1198                 if (iscpuset == 0)
1199                         CPU_ZERO(&map);
1200                 else
1201                         CPU_SETOF(cpunum, &map);
1202         }
1203         if (!CPU_EMPTY(&map)) {
1204                 forward_wakeups_delivered++;
1205                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1206                         id = pc->pc_cpuid;
1207                         if (!CPU_ISSET(id, &map))
1208                                 continue;
1209                         if (cpu_idle_wakeup(pc->pc_cpuid))
1210                                 CPU_CLR(id, &map);
1211                 }
1212                 if (!CPU_EMPTY(&map))
1213                         ipi_selected(map, IPI_AST);
1214                 return (1);
1215         }
1216         if (cpunum == NOCPU)
1217                 printf("forward_wakeup: Idle processor not found\n");
1218         return (0);
1219 }
1220
1221 static void
1222 kick_other_cpu(int pri, int cpuid)
1223 {
1224         struct pcpu *pcpu;
1225         int cpri;
1226
1227         pcpu = pcpu_find(cpuid);
1228         if (CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask)) {
1229                 forward_wakeups_delivered++;
1230                 if (!cpu_idle_wakeup(cpuid))
1231                         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1232                 return;
1233         }
1234
1235         cpri = pcpu->pc_curthread->td_priority;
1236         if (pri >= cpri)
1237                 return;
1238
1239 #if defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION)
1240 #if !defined(FULL_PREEMPTION)
1241         if (pri <= PRI_MAX_ITHD)
1242 #endif /* ! FULL_PREEMPTION */
1243         {
1244                 ipi_cpu(cpuid, IPI_PREEMPT);
1245                 return;
1246         }
1247 #endif /* defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION) */
1248
1249         if (pcpu->pc_curthread->td_lock == &sched_lock) {
1250                 pcpu->pc_curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1251                 ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1252         }
1253 }
1254 #endif /* SMP */
1255
1256 #ifdef SMP
1257 static int
1258 sched_pickcpu(struct thread *td)
1259 {
1260         int best, cpu;
1261
1262         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1263
1264         if (td->td_lastcpu != NOCPU && THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_lastcpu))
1265                 best = td->td_lastcpu;
1266         else
1267                 best = NOCPU;
1268         CPU_FOREACH(cpu) {
1269                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1270                         continue;
1271
1272                 if (best == NOCPU)
1273                         best = cpu;
1274                 else if (runq_length[cpu] < runq_length[best])
1275                         best = cpu;
1276         }
1277         KASSERT(best != NOCPU, ("no valid CPUs"));
1278
1279         return (best);
1280 }
1281 #endif
1282
1283 void
1284 sched_add(struct thread *td, int flags)
1285 #ifdef SMP
1286 {
1287         cpuset_t tidlemsk;
1288         struct td_sched *ts;
1289         u_int cpu, cpuid;
1290         int forwarded = 0;
1291         int single_cpu = 0;
1292
1293         ts = td_get_sched(td);
1294         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1295         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1296             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1297         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1298             ("sched_add: bad thread state"));
1299         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1300             ("sched_add: thread swapped out"));
1301
1302         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1303             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1304             sched_tdname(curthread));
1305         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1306             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1307         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1308             flags & SRQ_PREEMPTED);
1309
1310         /*
1311          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1312          * to the scheduler's lock.
1313          */
1314         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1315                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1316                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
1317                         td->td_lock = &sched_lock;
1318                 else
1319                         thread_lock_set(td, &sched_lock);
1320         }
1321         TD_SET_RUNQ(td);
1322
1323         /*
1324          * If SMP is started and the thread is pinned or otherwise limited to
1325          * a specific set of CPUs, queue the thread to a per-CPU run queue.
1326          * Otherwise, queue the thread to the global run queue.
1327          *
1328          * If SMP has not yet been started we must use the global run queue
1329          * as per-CPU state may not be initialized yet and we may crash if we
1330          * try to access the per-CPU run queues.
1331          */
1332         if (smp_started && (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND ||
1333             ts->ts_flags & TSF_AFFINITY)) {
1334                 if (td->td_pinned != 0)
1335                         cpu = td->td_lastcpu;
1336                 else if (td->td_flags & TDF_BOUND) {
1337                         /* Find CPU from bound runq. */
1338                         KASSERT(SKE_RUNQ_PCPU(ts),
1339                             ("sched_add: bound td_sched not on cpu runq"));
1340                         cpu = ts->ts_runq - &runq_pcpu[0];
1341                 } else
1342                         /* Find a valid CPU for our cpuset */
1343                         cpu = sched_pickcpu(td);
1344                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1345                 single_cpu = 1;
1346                 CTR3(KTR_RUNQ,
1347                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1348                     cpu);
1349         } else {
1350                 CTR2(KTR_RUNQ,
1351                     "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to gbl runq", ts,
1352                     td);
1353                 cpu = NOCPU;
1354                 ts->ts_runq = &runq;
1355         }
1356
1357         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1358                 sched_load_add();
1359         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1360         if (cpu != NOCPU)
1361                 runq_length[cpu]++;
1362
1363         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1364         if (single_cpu && cpu != cpuid) {
1365                 kick_other_cpu(td->td_priority, cpu);
1366         } else {
1367                 if (!single_cpu) {
1368                         tidlemsk = idle_cpus_mask;
1369                         CPU_ANDNOT(&tidlemsk, &tidlemsk, &hlt_cpus_mask);
1370                         CPU_CLR(cpuid, &tidlemsk);
1371
1372                         if (!CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask) &&
1373                             ((flags & SRQ_INTR) == 0) &&
1374                             !CPU_EMPTY(&tidlemsk))
1375                                 forwarded = forward_wakeup(cpu);
1376                 }
1377
1378                 if (!forwarded) {
1379                         if (!maybe_preempt(td))
1380                                 maybe_resched(td);
1381                 }
1382         }
1383         if ((flags & SRQ_HOLDTD) == 0)
1384                 thread_unlock(td);
1385 }
1386 #else /* SMP */
1387 {
1388         struct td_sched *ts;
1389
1390         ts = td_get_sched(td);
1391         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1392         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1393             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1394         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1395             ("sched_add: bad thread state"));
1396         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1397             ("sched_add: thread swapped out"));
1398         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1399             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1400             sched_tdname(curthread));
1401         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1402             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1403         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1404             flags & SRQ_PREEMPTED);
1405
1406         /*
1407          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1408          * to the scheduler's lock.
1409          */
1410         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1411                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1412                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
1413                         td->td_lock = &sched_lock;
1414                 else
1415                         thread_lock_set(td, &sched_lock);
1416         }
1417         TD_SET_RUNQ(td);
1418         CTR2(KTR_RUNQ, "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to runq", ts, td);
1419         ts->ts_runq = &runq;
1420
1421         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1422                 sched_load_add();
1423         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1424         if (!maybe_preempt(td))
1425                 maybe_resched(td);
1426         if ((flags & SRQ_HOLDTD) == 0)
1427                 thread_unlock(td);
1428 }
1429 #endif /* SMP */
1430
1431 void
1432 sched_rem(struct thread *td)
1433 {
1434         struct td_sched *ts;
1435
1436         ts = td_get_sched(td);
1437         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1438             ("sched_rem: thread swapped out"));
1439         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
1440             ("sched_rem: thread not on run queue"));
1441         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1442         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
1443             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1444             sched_tdname(curthread));
1445         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
1446
1447         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1448                 sched_load_rem();
1449 #ifdef SMP
1450         if (ts->ts_runq != &runq)
1451                 runq_length[ts->ts_runq - runq_pcpu]--;
1452 #endif
1453         runq_remove(ts->ts_runq, td);
1454         TD_SET_CAN_RUN(td);
1455 }
1456
1457 /*
1458  * Select threads to run.  Note that running threads still consume a
1459  * slot.
1460  */
1461 struct thread *
1462 sched_choose(void)
1463 {
1464         struct thread *td;
1465         struct runq *rq;
1466
1467         mtx_assert(&sched_lock,  MA_OWNED);
1468 #ifdef SMP
1469         struct thread *tdcpu;
1470
1471         rq = &runq;
1472         td = runq_choose_fuzz(&runq, runq_fuzz);
1473         tdcpu = runq_choose(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
1474
1475         if (td == NULL ||
1476             (tdcpu != NULL &&
1477              tdcpu->td_priority < td->td_priority)) {
1478                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosing td %p from pcpu runq %d", tdcpu,
1479                      PCPU_GET(cpuid));
1480                 td = tdcpu;
1481                 rq = &runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1482         } else {
1483                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosing td_sched %p from main runq", td);
1484         }
1485
1486 #else
1487         rq = &runq;
1488         td = runq_choose(&runq);
1489 #endif
1490
1491         if (td) {
1492 #ifdef SMP
1493                 if (td == tdcpu)
1494                         runq_length[PCPU_GET(cpuid)]--;
1495 #endif
1496                 runq_remove(rq, td);
1497                 td->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1498
1499                 KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1500                     ("sched_choose: thread swapped out"));
1501                 return (td);
1502         }
1503         return (PCPU_GET(idlethread));
1504 }
1505
1506 void
1507 sched_preempt(struct thread *td)
1508 {
1509
1510         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
1511         if (td->td_critnest > 1) {
1512                 td->td_owepreempt = 1;
1513         } else {
1514                 thread_lock(td);
1515                 mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT);
1516         }
1517 }
1518
1519 void
1520 sched_userret_slowpath(struct thread *td)
1521 {
1522
1523         thread_lock(td);
1524         td->td_priority = td->td_user_pri;
1525         td->td_base_pri = td->td_user_pri;
1526         thread_unlock(td);
1527 }
1528
1529 void
1530 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
1531 {
1532         struct td_sched *ts;
1533
1534         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1535         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
1536
1537         ts = td_get_sched(td);
1538
1539         td->td_flags |= TDF_BOUND;
1540 #ifdef SMP
1541         ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1542         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
1543                 return;
1544
1545         mi_switch(SW_VOL);
1546         thread_lock(td);
1547 #endif
1548 }
1549
1550 void
1551 sched_unbind(struct thread* td)
1552 {
1553         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1554         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
1555         td->td_flags &= ~TDF_BOUND;
1556 }
1557
1558 int
1559 sched_is_bound(struct thread *td)
1560 {
1561         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1562         return (td->td_flags & TDF_BOUND);
1563 }
1564
1565 void
1566 sched_relinquish(struct thread *td)
1567 {
1568         thread_lock(td);
1569         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH);
1570 }
1571
1572 int
1573 sched_load(void)
1574 {
1575         return (sched_tdcnt);
1576 }
1577
1578 int
1579 sched_sizeof_proc(void)
1580 {
1581         return (sizeof(struct proc));
1582 }
1583
1584 int
1585 sched_sizeof_thread(void)
1586 {
1587         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
1588 }
1589
1590 fixpt_t
1591 sched_pctcpu(struct thread *td)
1592 {
1593         struct td_sched *ts;
1594
1595         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1596         ts = td_get_sched(td);
1597         return (ts->ts_pctcpu);
1598 }
1599
1600 #ifdef RACCT
1601 /*
1602  * Calculates the contribution to the thread cpu usage for the latest
1603  * (unfinished) second.
1604  */
1605 fixpt_t
1606 sched_pctcpu_delta(struct thread *td)
1607 {
1608         struct td_sched *ts;
1609         fixpt_t delta;
1610         int realstathz;
1611
1612         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1613         ts = td_get_sched(td);
1614         delta = 0;
1615         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1616         if (ts->ts_cpticks != 0) {
1617 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
1618                 delta = (realstathz == 100)
1619                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
1620                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
1621                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
1622                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
1623 #else
1624                 delta = ((FSCALE - ccpu) *
1625                     (ts->ts_cpticks *
1626                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
1627 #endif
1628         }
1629
1630         return (delta);
1631 }
1632 #endif
1633
1634 u_int
1635 sched_estcpu(struct thread *td)
1636 {
1637
1638         return (td_get_sched(td)->ts_estcpu);
1639 }
1640
1641 /*
1642  * The actual idle process.
1643  */
1644 void
1645 sched_idletd(void *dummy)
1646 {
1647         struct pcpuidlestat *stat;
1648
1649         THREAD_NO_SLEEPING();
1650         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
1651         for (;;) {
1652                 mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
1653
1654                 while (sched_runnable() == 0) {
1655                         cpu_idle(stat->idlecalls + stat->oldidlecalls > 64);
1656                         stat->idlecalls++;
1657                 }
1658
1659                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1660                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1661         }
1662 }
1663
1664 /*
1665  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
1666  */
1667 void
1668 sched_throw(struct thread *td)
1669 {
1670         /*
1671          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
1672          * borrowing was created so that it would start out with a single
1673          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
1674          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
1675          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
1676          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
1677          * spin lock using code to interrupt us.
1678          */
1679         if (td == NULL) {
1680                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1681                 spinlock_exit();
1682                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
1683                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
1684         } else {
1685                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object, true);
1686                 MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1687                 td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1688                 td->td_oncpu = NOCPU;
1689         }
1690         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1691         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
1692         cpu_throw(td, choosethread());  /* doesn't return */
1693 }
1694
1695 void
1696 sched_fork_exit(struct thread *td)
1697 {
1698
1699         /*
1700          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
1701          * non-nested critical section with sched_lock held but not recursed.
1702          */
1703         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1704         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1705         lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object, true,
1706             0, 0, __FILE__, __LINE__);
1707         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1708
1709         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1710             "prio:%d", td->td_priority);
1711         SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1712 }
1713
1714 char *
1715 sched_tdname(struct thread *td)
1716 {
1717 #ifdef KTR
1718         struct td_sched *ts;
1719
1720         ts = td_get_sched(td);
1721         if (ts->ts_name[0] == '\0')
1722                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
1723                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
1724         return (ts->ts_name);
1725 #else   
1726         return (td->td_name);
1727 #endif
1728 }
1729
1730 #ifdef KTR
1731 void
1732 sched_clear_tdname(struct thread *td)
1733 {
1734         struct td_sched *ts;
1735
1736         ts = td_get_sched(td);
1737         ts->ts_name[0] = '\0';
1738 }
1739 #endif
1740
1741 void
1742 sched_affinity(struct thread *td)
1743 {
1744 #ifdef SMP
1745         struct td_sched *ts;
1746         int cpu;
1747
1748         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);       
1749
1750         /*
1751          * Set the TSF_AFFINITY flag if there is at least one CPU this
1752          * thread can't run on.
1753          */
1754         ts = td_get_sched(td);
1755         ts->ts_flags &= ~TSF_AFFINITY;
1756         CPU_FOREACH(cpu) {
1757                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)) {
1758                         ts->ts_flags |= TSF_AFFINITY;
1759                         break;
1760                 }
1761         }
1762
1763         /*
1764          * If this thread can run on all CPUs, nothing else to do.
1765          */
1766         if (!(ts->ts_flags & TSF_AFFINITY))
1767                 return;
1768
1769         /* Pinned threads and bound threads should be left alone. */
1770         if (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND)
1771                 return;
1772
1773         switch (td->td_state) {
1774         case TDS_RUNQ:
1775                 /*
1776                  * If we are on a per-CPU runqueue that is in the set,
1777                  * then nothing needs to be done.
1778                  */
1779                 if (ts->ts_runq != &runq &&
1780                     THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_runq - runq_pcpu))
1781                         return;
1782
1783                 /* Put this thread on a valid per-CPU runqueue. */
1784                 sched_rem(td);
1785                 sched_add(td, SRQ_HOLDTD | SRQ_BORING);
1786                 break;
1787         case TDS_RUNNING:
1788                 /*
1789                  * See if our current CPU is in the set.  If not, force a
1790                  * context switch.
1791                  */
1792                 if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_oncpu))
1793                         return;
1794
1795                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1796                 if (td != curthread)
1797                         ipi_cpu(cpu, IPI_AST);
1798                 break;
1799         default:
1800                 break;
1801         }
1802 #endif
1803 }