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