]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_4bsd.c
Merge clang trunk r321414 to contrib/llvm.
[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 __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 static DPCPU_DEFINE(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_priority = childtd->td_base_pri;
785         ts = td_get_sched(childtd);
786         bzero(ts, sizeof(*ts));
787         tsc = td_get_sched(td);
788         ts->ts_estcpu = tsc->ts_estcpu;
789         ts->ts_flags |= (tsc->ts_flags & TSF_AFFINITY);
790         ts->ts_slice = 1;
791 }
792
793 void
794 sched_nice(struct proc *p, int nice)
795 {
796         struct thread *td;
797
798         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
799         p->p_nice = nice;
800         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
801                 thread_lock(td);
802                 resetpriority(td);
803                 resetpriority_thread(td);
804                 thread_unlock(td);
805         }
806 }
807
808 void
809 sched_class(struct thread *td, int class)
810 {
811         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
812         td->td_pri_class = class;
813 }
814
815 /*
816  * Adjust the priority of a thread.
817  */
818 static void
819 sched_priority(struct thread *td, u_char prio)
820 {
821
822
823         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "priority change",
824             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio, KTR_ATTR_LINKED,
825             sched_tdname(curthread));
826         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
827         if (td != curthread && prio > td->td_priority) {
828                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
829                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
830                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
831                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
832                     curthread);
833         }
834         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
835         if (td->td_priority == prio)
836                 return;
837         td->td_priority = prio;
838         if (TD_ON_RUNQ(td) && td->td_rqindex != (prio / RQ_PPQ)) {
839                 sched_rem(td);
840                 sched_add(td, SRQ_BORING);
841         }
842 }
843
844 /*
845  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
846  * priority.
847  */
848 void
849 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
850 {
851
852         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
853         sched_priority(td, prio);
854 }
855
856 /*
857  * Restore a thread's priority when priority propagation is
858  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
859  * needs to have to satisfy other possible priority lending
860  * requests.  If the thread's regulary priority is less
861  * important than prio the thread will keep a priority boost
862  * of prio.
863  */
864 void
865 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
866 {
867         u_char base_pri;
868
869         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
870             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
871                 base_pri = td->td_user_pri;
872         else
873                 base_pri = td->td_base_pri;
874         if (prio >= base_pri) {
875                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
876                 sched_prio(td, base_pri);
877         } else
878                 sched_lend_prio(td, prio);
879 }
880
881 void
882 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
883 {
884         u_char oldprio;
885
886         /* First, update the base priority. */
887         td->td_base_pri = prio;
888
889         /*
890          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't ever
891          * lower the priority.
892          */
893         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
894                 return;
895
896         /* Change the real priority. */
897         oldprio = td->td_priority;
898         sched_priority(td, prio);
899
900         /*
901          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
902          * its state.
903          */
904         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
905                 turnstile_adjust(td, oldprio);
906 }
907
908 void
909 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
910 {
911
912         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
913         td->td_base_user_pri = prio;
914         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
915                 return;
916         td->td_user_pri = prio;
917 }
918
919 void
920 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
921 {
922
923         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
924         td->td_lend_user_pri = prio;
925         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
926         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
927                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
928         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
929                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
930 }
931
932 void
933 sched_sleep(struct thread *td, int pri)
934 {
935
936         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
937         td->td_slptick = ticks;
938         td_get_sched(td)->ts_slptime = 0;
939         if (pri != 0 && PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
940                 sched_prio(td, pri);
941         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || pri >= PSOCK)
942                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
943 }
944
945 void
946 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
947 {
948         struct mtx *tmtx;
949         struct td_sched *ts;
950         struct proc *p;
951         int preempted;
952
953         tmtx = NULL;
954         ts = td_get_sched(td);
955         p = td->td_proc;
956
957         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
958
959         /* 
960          * Switch to the sched lock to fix things up and pick
961          * a new thread.
962          * Block the td_lock in order to avoid breaking the critical path.
963          */
964         if (td->td_lock != &sched_lock) {
965                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
966                 tmtx = thread_lock_block(td);
967         }
968
969         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
970                 sched_load_rem();
971
972         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
973         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
974             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
975         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
976         td->td_owepreempt = 0;
977         td->td_oncpu = NOCPU;
978
979         /*
980          * At the last moment, if this thread is still marked RUNNING,
981          * then put it back on the run queue as it has not been suspended
982          * or stopped or any thing else similar.  We never put the idle
983          * threads on the run queue, however.
984          */
985         if (td->td_flags & TDF_IDLETD) {
986                 TD_SET_CAN_RUN(td);
987 #ifdef SMP
988                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
989 #endif
990         } else {
991                 if (TD_IS_RUNNING(td)) {
992                         /* Put us back on the run queue. */
993                         sched_add(td, preempted ?
994                             SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
995                             SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING);
996                 }
997         }
998         if (newtd) {
999                 /*
1000                  * The thread we are about to run needs to be counted
1001                  * as if it had been added to the run queue and selected.
1002                  * It came from:
1003                  * * A preemption
1004                  * * An upcall
1005                  * * A followon
1006                  */
1007                 KASSERT((newtd->td_inhibitors == 0),
1008                         ("trying to run inhibited thread"));
1009                 newtd->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1010                 TD_SET_RUNNING(newtd);
1011                 if ((newtd->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1012                         sched_load_add();
1013         } else {
1014                 newtd = choosethread();
1015                 MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
1016         }
1017
1018 #if (KTR_COMPILE & KTR_SCHED) != 0
1019         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
1020                 KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "idle",
1021                     "prio:%d", td->td_priority);
1022         else
1023                 KTR_STATE3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), KTDSTATE(td),
1024                     "prio:%d", td->td_priority, "wmesg:\"%s\"", td->td_wmesg,
1025                     "lockname:\"%s\"", td->td_lockname);
1026 #endif
1027
1028         if (td != newtd) {
1029 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1030                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1031                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1032 #endif
1033
1034                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1035
1036                 /* I feel sleepy */
1037                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object);
1038 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1039                 /*
1040                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1041                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1042                  * function to call.
1043                  */
1044                 if (dtrace_vtime_active)
1045                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1046 #endif
1047
1048                 cpu_switch(td, newtd, tmtx != NULL ? tmtx : td->td_lock);
1049                 lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object,
1050                     0, 0, __FILE__, __LINE__);
1051                 /*
1052                  * Where am I?  What year is it?
1053                  * We are in the same thread that went to sleep above,
1054                  * but any amount of time may have passed. All our context
1055                  * will still be available as will local variables.
1056                  * PCPU values however may have changed as we may have
1057                  * changed CPU so don't trust cached values of them.
1058                  * New threads will go to fork_exit() instead of here
1059                  * so if you change things here you may need to change
1060                  * things there too.
1061                  *
1062                  * If the thread above was exiting it will never wake
1063                  * up again here, so either it has saved everything it
1064                  * needed to, or the thread_wait() or wait() will
1065                  * need to reap it.
1066                  */
1067
1068                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1069 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1070                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1071                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1072 #endif
1073         } else
1074                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1075
1076         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1077             "prio:%d", td->td_priority);
1078
1079 #ifdef SMP
1080         if (td->td_flags & TDF_IDLETD)
1081                 CPU_SET(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1082 #endif
1083         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1084         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1085         MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1086 }
1087
1088 void
1089 sched_wakeup(struct thread *td)
1090 {
1091         struct td_sched *ts;
1092
1093         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1094         ts = td_get_sched(td);
1095         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1096         if (ts->ts_slptime > 1) {
1097                 updatepri(td);
1098                 resetpriority(td);
1099         }
1100         td->td_slptick = 0;
1101         ts->ts_slptime = 0;
1102         ts->ts_slice = sched_slice;
1103         sched_add(td, SRQ_BORING);
1104 }
1105
1106 #ifdef SMP
1107 static int
1108 forward_wakeup(int cpunum)
1109 {
1110         struct pcpu *pc;
1111         cpuset_t dontuse, map, map2;
1112         u_int id, me;
1113         int iscpuset;
1114
1115         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1116
1117         CTR0(KTR_RUNQ, "forward_wakeup()");
1118
1119         if ((!forward_wakeup_enabled) ||
1120              (forward_wakeup_use_mask == 0 && forward_wakeup_use_loop == 0))
1121                 return (0);
1122         if (!smp_started || panicstr)
1123                 return (0);
1124
1125         forward_wakeups_requested++;
1126
1127         /*
1128          * Check the idle mask we received against what we calculated
1129          * before in the old version.
1130          */
1131         me = PCPU_GET(cpuid);
1132
1133         /* Don't bother if we should be doing it ourself. */
1134         if (CPU_ISSET(me, &idle_cpus_mask) &&
1135             (cpunum == NOCPU || me == cpunum))
1136                 return (0);
1137
1138         CPU_SETOF(me, &dontuse);
1139         CPU_OR(&dontuse, &stopped_cpus);
1140         CPU_OR(&dontuse, &hlt_cpus_mask);
1141         CPU_ZERO(&map2);
1142         if (forward_wakeup_use_loop) {
1143                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1144                         id = pc->pc_cpuid;
1145                         if (!CPU_ISSET(id, &dontuse) &&
1146                             pc->pc_curthread == pc->pc_idlethread) {
1147                                 CPU_SET(id, &map2);
1148                         }
1149                 }
1150         }
1151
1152         if (forward_wakeup_use_mask) {
1153                 map = idle_cpus_mask;
1154                 CPU_NAND(&map, &dontuse);
1155
1156                 /* If they are both on, compare and use loop if different. */
1157                 if (forward_wakeup_use_loop) {
1158                         if (CPU_CMP(&map, &map2)) {
1159                                 printf("map != map2, loop method preferred\n");
1160                                 map = map2;
1161                         }
1162                 }
1163         } else {
1164                 map = map2;
1165         }
1166
1167         /* If we only allow a specific CPU, then mask off all the others. */
1168         if (cpunum != NOCPU) {
1169                 KASSERT((cpunum <= mp_maxcpus),("forward_wakeup: bad cpunum."));
1170                 iscpuset = CPU_ISSET(cpunum, &map);
1171                 if (iscpuset == 0)
1172                         CPU_ZERO(&map);
1173                 else
1174                         CPU_SETOF(cpunum, &map);
1175         }
1176         if (!CPU_EMPTY(&map)) {
1177                 forward_wakeups_delivered++;
1178                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1179                         id = pc->pc_cpuid;
1180                         if (!CPU_ISSET(id, &map))
1181                                 continue;
1182                         if (cpu_idle_wakeup(pc->pc_cpuid))
1183                                 CPU_CLR(id, &map);
1184                 }
1185                 if (!CPU_EMPTY(&map))
1186                         ipi_selected(map, IPI_AST);
1187                 return (1);
1188         }
1189         if (cpunum == NOCPU)
1190                 printf("forward_wakeup: Idle processor not found\n");
1191         return (0);
1192 }
1193
1194 static void
1195 kick_other_cpu(int pri, int cpuid)
1196 {
1197         struct pcpu *pcpu;
1198         int cpri;
1199
1200         pcpu = pcpu_find(cpuid);
1201         if (CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask)) {
1202                 forward_wakeups_delivered++;
1203                 if (!cpu_idle_wakeup(cpuid))
1204                         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1205                 return;
1206         }
1207
1208         cpri = pcpu->pc_curthread->td_priority;
1209         if (pri >= cpri)
1210                 return;
1211
1212 #if defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION)
1213 #if !defined(FULL_PREEMPTION)
1214         if (pri <= PRI_MAX_ITHD)
1215 #endif /* ! FULL_PREEMPTION */
1216         {
1217                 ipi_cpu(cpuid, IPI_PREEMPT);
1218                 return;
1219         }
1220 #endif /* defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION) */
1221
1222         pcpu->pc_curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1223         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1224         return;
1225 }
1226 #endif /* SMP */
1227
1228 #ifdef SMP
1229 static int
1230 sched_pickcpu(struct thread *td)
1231 {
1232         int best, cpu;
1233
1234         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1235
1236         if (td->td_lastcpu != NOCPU && THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_lastcpu))
1237                 best = td->td_lastcpu;
1238         else
1239                 best = NOCPU;
1240         CPU_FOREACH(cpu) {
1241                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1242                         continue;
1243         
1244                 if (best == NOCPU)
1245                         best = cpu;
1246                 else if (runq_length[cpu] < runq_length[best])
1247                         best = cpu;
1248         }
1249         KASSERT(best != NOCPU, ("no valid CPUs"));
1250
1251         return (best);
1252 }
1253 #endif
1254
1255 void
1256 sched_add(struct thread *td, int flags)
1257 #ifdef SMP
1258 {
1259         cpuset_t tidlemsk;
1260         struct td_sched *ts;
1261         u_int cpu, cpuid;
1262         int forwarded = 0;
1263         int single_cpu = 0;
1264
1265         ts = td_get_sched(td);
1266         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1267         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1268             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1269         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1270             ("sched_add: bad thread state"));
1271         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1272             ("sched_add: thread swapped out"));
1273
1274         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1275             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1276             sched_tdname(curthread));
1277         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1278             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1279         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1280             flags & SRQ_PREEMPTED);
1281
1282
1283         /*
1284          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1285          * to the scheduler's lock.
1286          */
1287         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1288                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1289                 thread_lock_set(td, &sched_lock);
1290         }
1291         TD_SET_RUNQ(td);
1292
1293         /*
1294          * If SMP is started and the thread is pinned or otherwise limited to
1295          * a specific set of CPUs, queue the thread to a per-CPU run queue.
1296          * Otherwise, queue the thread to the global run queue.
1297          *
1298          * If SMP has not yet been started we must use the global run queue
1299          * as per-CPU state may not be initialized yet and we may crash if we
1300          * try to access the per-CPU run queues.
1301          */
1302         if (smp_started && (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND ||
1303             ts->ts_flags & TSF_AFFINITY)) {
1304                 if (td->td_pinned != 0)
1305                         cpu = td->td_lastcpu;
1306                 else if (td->td_flags & TDF_BOUND) {
1307                         /* Find CPU from bound runq. */
1308                         KASSERT(SKE_RUNQ_PCPU(ts),
1309                             ("sched_add: bound td_sched not on cpu runq"));
1310                         cpu = ts->ts_runq - &runq_pcpu[0];
1311                 } else
1312                         /* Find a valid CPU for our cpuset */
1313                         cpu = sched_pickcpu(td);
1314                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1315                 single_cpu = 1;
1316                 CTR3(KTR_RUNQ,
1317                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1318                     cpu);
1319         } else {
1320                 CTR2(KTR_RUNQ,
1321                     "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to gbl runq", ts,
1322                     td);
1323                 cpu = NOCPU;
1324                 ts->ts_runq = &runq;
1325         }
1326
1327         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1328                 sched_load_add();
1329         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1330         if (cpu != NOCPU)
1331                 runq_length[cpu]++;
1332
1333         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1334         if (single_cpu && cpu != cpuid) {
1335                 kick_other_cpu(td->td_priority, cpu);
1336         } else {
1337                 if (!single_cpu) {
1338                         tidlemsk = idle_cpus_mask;
1339                         CPU_NAND(&tidlemsk, &hlt_cpus_mask);
1340                         CPU_CLR(cpuid, &tidlemsk);
1341
1342                         if (!CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask) &&
1343                             ((flags & SRQ_INTR) == 0) &&
1344                             !CPU_EMPTY(&tidlemsk))
1345                                 forwarded = forward_wakeup(cpu);
1346                 }
1347
1348                 if (!forwarded) {
1349                         if (!maybe_preempt(td))
1350                                 maybe_resched(td);
1351                 }
1352         }
1353 }
1354 #else /* SMP */
1355 {
1356         struct td_sched *ts;
1357
1358         ts = td_get_sched(td);
1359         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1360         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1361             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1362         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1363             ("sched_add: bad thread state"));
1364         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1365             ("sched_add: thread swapped out"));
1366         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1367             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1368             sched_tdname(curthread));
1369         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1370             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1371         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1372             flags & SRQ_PREEMPTED);
1373
1374         /*
1375          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1376          * to the scheduler's lock.
1377          */
1378         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1379                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1380                 thread_lock_set(td, &sched_lock);
1381         }
1382         TD_SET_RUNQ(td);
1383         CTR2(KTR_RUNQ, "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to runq", ts, td);
1384         ts->ts_runq = &runq;
1385
1386         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1387                 sched_load_add();
1388         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1389         if (!maybe_preempt(td))
1390                 maybe_resched(td);
1391 }
1392 #endif /* SMP */
1393
1394 void
1395 sched_rem(struct thread *td)
1396 {
1397         struct td_sched *ts;
1398
1399         ts = td_get_sched(td);
1400         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1401             ("sched_rem: thread swapped out"));
1402         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
1403             ("sched_rem: thread not on run queue"));
1404         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1405         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
1406             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1407             sched_tdname(curthread));
1408         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
1409
1410         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1411                 sched_load_rem();
1412 #ifdef SMP
1413         if (ts->ts_runq != &runq)
1414                 runq_length[ts->ts_runq - runq_pcpu]--;
1415 #endif
1416         runq_remove(ts->ts_runq, td);
1417         TD_SET_CAN_RUN(td);
1418 }
1419
1420 /*
1421  * Select threads to run.  Note that running threads still consume a
1422  * slot.
1423  */
1424 struct thread *
1425 sched_choose(void)
1426 {
1427         struct thread *td;
1428         struct runq *rq;
1429
1430         mtx_assert(&sched_lock,  MA_OWNED);
1431 #ifdef SMP
1432         struct thread *tdcpu;
1433
1434         rq = &runq;
1435         td = runq_choose_fuzz(&runq, runq_fuzz);
1436         tdcpu = runq_choose(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
1437
1438         if (td == NULL ||
1439             (tdcpu != NULL &&
1440              tdcpu->td_priority < td->td_priority)) {
1441                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosing td %p from pcpu runq %d", tdcpu,
1442                      PCPU_GET(cpuid));
1443                 td = tdcpu;
1444                 rq = &runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1445         } else {
1446                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosing td_sched %p from main runq", td);
1447         }
1448
1449 #else
1450         rq = &runq;
1451         td = runq_choose(&runq);
1452 #endif
1453
1454         if (td) {
1455 #ifdef SMP
1456                 if (td == tdcpu)
1457                         runq_length[PCPU_GET(cpuid)]--;
1458 #endif
1459                 runq_remove(rq, td);
1460                 td->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1461
1462                 KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1463                     ("sched_choose: thread swapped out"));
1464                 return (td);
1465         }
1466         return (PCPU_GET(idlethread));
1467 }
1468
1469 void
1470 sched_preempt(struct thread *td)
1471 {
1472
1473         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
1474         thread_lock(td);
1475         if (td->td_critnest > 1)
1476                 td->td_owepreempt = 1;
1477         else
1478                 mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT, NULL);
1479         thread_unlock(td);
1480 }
1481
1482 void
1483 sched_userret(struct thread *td)
1484 {
1485         /*
1486          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in
1487          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
1488          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
1489          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
1490          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
1491          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
1492          * it perfectly here.
1493          */
1494         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
1495             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
1496         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
1497                 thread_lock(td);
1498                 td->td_priority = td->td_user_pri;
1499                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
1500                 thread_unlock(td);
1501         }
1502 }
1503
1504 void
1505 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
1506 {
1507         struct td_sched *ts;
1508
1509         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1510         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
1511
1512         ts = td_get_sched(td);
1513
1514         td->td_flags |= TDF_BOUND;
1515 #ifdef SMP
1516         ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1517         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
1518                 return;
1519
1520         mi_switch(SW_VOL, NULL);
1521 #endif
1522 }
1523
1524 void
1525 sched_unbind(struct thread* td)
1526 {
1527         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1528         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
1529         td->td_flags &= ~TDF_BOUND;
1530 }
1531
1532 int
1533 sched_is_bound(struct thread *td)
1534 {
1535         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1536         return (td->td_flags & TDF_BOUND);
1537 }
1538
1539 void
1540 sched_relinquish(struct thread *td)
1541 {
1542         thread_lock(td);
1543         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
1544         thread_unlock(td);
1545 }
1546
1547 int
1548 sched_load(void)
1549 {
1550         return (sched_tdcnt);
1551 }
1552
1553 int
1554 sched_sizeof_proc(void)
1555 {
1556         return (sizeof(struct proc));
1557 }
1558
1559 int
1560 sched_sizeof_thread(void)
1561 {
1562         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
1563 }
1564
1565 fixpt_t
1566 sched_pctcpu(struct thread *td)
1567 {
1568         struct td_sched *ts;
1569
1570         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1571         ts = td_get_sched(td);
1572         return (ts->ts_pctcpu);
1573 }
1574
1575 #ifdef RACCT
1576 /*
1577  * Calculates the contribution to the thread cpu usage for the latest
1578  * (unfinished) second.
1579  */
1580 fixpt_t
1581 sched_pctcpu_delta(struct thread *td)
1582 {
1583         struct td_sched *ts;
1584         fixpt_t delta;
1585         int realstathz;
1586
1587         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1588         ts = td_get_sched(td);
1589         delta = 0;
1590         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1591         if (ts->ts_cpticks != 0) {
1592 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
1593                 delta = (realstathz == 100)
1594                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
1595                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
1596                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
1597                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
1598 #else
1599                 delta = ((FSCALE - ccpu) *
1600                     (ts->ts_cpticks *
1601                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
1602 #endif
1603         }
1604
1605         return (delta);
1606 }
1607 #endif
1608
1609 u_int
1610 sched_estcpu(struct thread *td)
1611 {
1612         
1613         return (td_get_sched(td)->ts_estcpu);
1614 }
1615
1616 /*
1617  * The actual idle process.
1618  */
1619 void
1620 sched_idletd(void *dummy)
1621 {
1622         struct pcpuidlestat *stat;
1623
1624         THREAD_NO_SLEEPING();
1625         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
1626         for (;;) {
1627                 mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
1628
1629                 while (sched_runnable() == 0) {
1630                         cpu_idle(stat->idlecalls + stat->oldidlecalls > 64);
1631                         stat->idlecalls++;
1632                 }
1633
1634                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1635                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1636                 mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1637         }
1638 }
1639
1640 /*
1641  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
1642  */
1643 void
1644 sched_throw(struct thread *td)
1645 {
1646         /*
1647          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
1648          * borrowing was created so that it would start out with a single
1649          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
1650          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
1651          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
1652          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
1653          * spin lock using code to interrupt us.
1654          */
1655         if (td == NULL) {
1656                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1657                 spinlock_exit();
1658                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
1659                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
1660         } else {
1661                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object);
1662                 MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1663                 td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1664                 td->td_oncpu = NOCPU;
1665         }
1666         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1667         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
1668         cpu_throw(td, choosethread());  /* doesn't return */
1669 }
1670
1671 void
1672 sched_fork_exit(struct thread *td)
1673 {
1674
1675         /*
1676          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
1677          * non-nested critical section with sched_lock held but not recursed.
1678          */
1679         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1680         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1681         lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object,
1682             0, 0, __FILE__, __LINE__);
1683         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1684
1685         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1686             "prio:%d", td->td_priority);
1687         SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1688 }
1689
1690 char *
1691 sched_tdname(struct thread *td)
1692 {
1693 #ifdef KTR
1694         struct td_sched *ts;
1695
1696         ts = td_get_sched(td);
1697         if (ts->ts_name[0] == '\0')
1698                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
1699                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
1700         return (ts->ts_name);
1701 #else   
1702         return (td->td_name);
1703 #endif
1704 }
1705
1706 #ifdef KTR
1707 void
1708 sched_clear_tdname(struct thread *td)
1709 {
1710         struct td_sched *ts;
1711
1712         ts = td_get_sched(td);
1713         ts->ts_name[0] = '\0';
1714 }
1715 #endif
1716
1717 void
1718 sched_affinity(struct thread *td)
1719 {
1720 #ifdef SMP
1721         struct td_sched *ts;
1722         int cpu;
1723
1724         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);       
1725
1726         /*
1727          * Set the TSF_AFFINITY flag if there is at least one CPU this
1728          * thread can't run on.
1729          */
1730         ts = td_get_sched(td);
1731         ts->ts_flags &= ~TSF_AFFINITY;
1732         CPU_FOREACH(cpu) {
1733                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)) {
1734                         ts->ts_flags |= TSF_AFFINITY;
1735                         break;
1736                 }
1737         }
1738
1739         /*
1740          * If this thread can run on all CPUs, nothing else to do.
1741          */
1742         if (!(ts->ts_flags & TSF_AFFINITY))
1743                 return;
1744
1745         /* Pinned threads and bound threads should be left alone. */
1746         if (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND)
1747                 return;
1748
1749         switch (td->td_state) {
1750         case TDS_RUNQ:
1751                 /*
1752                  * If we are on a per-CPU runqueue that is in the set,
1753                  * then nothing needs to be done.
1754                  */
1755                 if (ts->ts_runq != &runq &&
1756                     THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_runq - runq_pcpu))
1757                         return;
1758
1759                 /* Put this thread on a valid per-CPU runqueue. */
1760                 sched_rem(td);
1761                 sched_add(td, SRQ_BORING);
1762                 break;
1763         case TDS_RUNNING:
1764                 /*
1765                  * See if our current CPU is in the set.  If not, force a
1766                  * context switch.
1767                  */
1768                 if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_oncpu))
1769                         return;
1770
1771                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1772                 if (td != curthread)
1773                         ipi_cpu(cpu, IPI_AST);
1774                 break;
1775         default:
1776                 break;
1777         }
1778 #endif
1779 }