]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_4bsd.c
Update to bmake-20220726
[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/umtxvar.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 __read_mostly               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 | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
213     "Scheduler");
214
215 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "4BSD", 0,
216     "Scheduler name");
217 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum,
218     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
219     sysctl_kern_quantum, "I",
220     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
221 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
222     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
223 #ifdef SMP
224 /* Enable forwarding of wakeups to all other cpus */
225 static SYSCTL_NODE(_kern_sched, OID_AUTO, ipiwakeup,
226     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
227     "Kernel SMP");
228
229 static int runq_fuzz = 1;
230 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, runq_fuzz, CTLFLAG_RW, &runq_fuzz, 0, "");
231
232 static int forward_wakeup_enabled = 1;
233 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, enabled, CTLFLAG_RW,
234            &forward_wakeup_enabled, 0,
235            "Forwarding of wakeup to idle CPUs");
236
237 static int forward_wakeups_requested = 0;
238 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, requested, CTLFLAG_RD,
239            &forward_wakeups_requested, 0,
240            "Requests for Forwarding of wakeup to idle CPUs");
241
242 static int forward_wakeups_delivered = 0;
243 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, delivered, CTLFLAG_RD,
244            &forward_wakeups_delivered, 0,
245            "Completed Forwarding of wakeup to idle CPUs");
246
247 static int forward_wakeup_use_mask = 1;
248 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, usemask, CTLFLAG_RW,
249            &forward_wakeup_use_mask, 0,
250            "Use the mask of idle cpus");
251
252 static int forward_wakeup_use_loop = 0;
253 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, useloop, CTLFLAG_RW,
254            &forward_wakeup_use_loop, 0,
255            "Use a loop to find idle cpus");
256
257 #endif
258 #if 0
259 static int sched_followon = 0;
260 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, followon, CTLFLAG_RW,
261            &sched_followon, 0,
262            "allow threads to share a quantum");
263 #endif
264
265 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
266
267 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
268     "struct proc *", "uint8_t");
269 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
270     "struct proc *", "void *");
271 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
272     "struct proc *", "void *", "int");
273 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
274     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
275 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
276 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *",
277     "struct proc *");
278 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
279 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
280 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *",
281     "struct proc *");
282
283 static __inline void
284 sched_load_add(void)
285 {
286
287         sched_tdcnt++;
288         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
289         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
290 }
291
292 static __inline void
293 sched_load_rem(void)
294 {
295
296         sched_tdcnt--;
297         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
298         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
299 }
300 /*
301  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
302  * schedulers into account.
303  */
304 static void
305 maybe_resched(struct thread *td)
306 {
307
308         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
309         if (td->td_priority < curthread->td_priority)
310                 curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
311 }
312
313 /*
314  * This function is called when a thread is about to be put on run queue
315  * because it has been made runnable or its priority has been adjusted.  It
316  * determines if the new thread should preempt the current thread.  If so,
317  * it sets td_owepreempt to request a preemption.
318  */
319 int
320 maybe_preempt(struct thread *td)
321 {
322 #ifdef PREEMPTION
323         struct thread *ctd;
324         int cpri, pri;
325
326         /*
327          * The new thread should not preempt the current thread if any of the
328          * following conditions are true:
329          *
330          *  - The kernel is in the throes of crashing (panicstr).
331          *  - The current thread has a higher (numerically lower) or
332          *    equivalent priority.  Note that this prevents curthread from
333          *    trying to preempt to itself.
334          *  - The current thread has an inhibitor set or is in the process of
335          *    exiting.  In this case, the current thread is about to switch
336          *    out anyways, so there's no point in preempting.  If we did,
337          *    the current thread would not be properly resumed as well, so
338          *    just avoid that whole landmine.
339          *  - If the new thread's priority is not a realtime priority and
340          *    the current thread's priority is not an idle priority and
341          *    FULL_PREEMPTION is disabled.
342          *
343          * If all of these conditions are false, but the current thread is in
344          * a nested critical section, then we have to defer the preemption
345          * until we exit the critical section.  Otherwise, switch immediately
346          * to the new thread.
347          */
348         ctd = curthread;
349         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
350         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
351                         ("maybe_preempt: trying to run inhibited thread"));
352         pri = td->td_priority;
353         cpri = ctd->td_priority;
354         if (KERNEL_PANICKED() || pri >= cpri /* || dumping */ ||
355             TD_IS_INHIBITED(ctd))
356                 return (0);
357 #ifndef FULL_PREEMPTION
358         if (pri > PRI_MAX_ITHD && cpri < PRI_MIN_IDLE)
359                 return (0);
360 #endif
361
362         CTR0(KTR_PROC, "maybe_preempt: scheduling preemption");
363         ctd->td_owepreempt = 1;
364         return (1);
365 #else
366         return (0);
367 #endif
368 }
369
370 /*
371  * Constants for digital decay and forget:
372  *      90% of (ts_estcpu) usage in 5 * loadav time
373  *      95% of (ts_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
374  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
375  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
376  *
377  * Note that schedclock() updates ts_estcpu and p_cpticks asynchronously.
378  *
379  * We wish to decay away 90% of ts_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
380  * That is, the system wants to compute a value of decay such
381  * that the following for loop:
382  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
383  *              ts_estcpu *= decay;
384  * will compute
385  *      ts_estcpu *= 0.1;
386  * for all values of loadavg:
387  *
388  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
389  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
390  *
391  * The system computes decay as:
392  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
393  *
394  * We wish to prove that the system's computation of decay
395  * will always fulfill the equation:
396  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
397  *
398  * If we compute b as:
399  *      b = 2 * loadavg
400  * then
401  *      decay = b / (b + 1)
402  *
403  * We now need to prove two things:
404  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
405  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
406  *
407  * Facts:
408  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
409  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
410  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
411  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
412  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
413  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
414  *         ln(.1) =~ -2.30
415  *
416  * Proof of (1):
417  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
418  *      solving for factor,
419  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
420  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
421  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
422  *
423  * Proof of (2):
424  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
425  *      solving for power,
426  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
427  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
428  *
429  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
430  *      loadav: 1       2       3       4
431  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
432  */
433
434 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
435 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
436 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
437
438 /* decay 95% of `ts_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
439 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
440 SYSCTL_UINT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0,
441     "Decay factor used for updating %CPU");
442
443 /*
444  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
445  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
446  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
447  *
448  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
449  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
450  *
451  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
452  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
453  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
454  */
455 #define CCPU_SHIFT      11
456
457 /*
458  * Recompute process priorities, every hz ticks.
459  * MP-safe, called without the Giant mutex.
460  */
461 /* ARGSUSED */
462 static void
463 schedcpu(void)
464 {
465         fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
466         struct thread *td;
467         struct proc *p;
468         struct td_sched *ts;
469         int awake;
470
471         sx_slock(&allproc_lock);
472         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
473                 PROC_LOCK(p);
474                 if (p->p_state == PRS_NEW) {
475                         PROC_UNLOCK(p);
476                         continue;
477                 }
478                 FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
479                         awake = 0;
480                         ts = td_get_sched(td);
481                         thread_lock(td);
482                         /*
483                          * Increment sleep time (if sleeping).  We
484                          * ignore overflow, as above.
485                          */
486                         /*
487                          * The td_sched slptimes are not touched in wakeup
488                          * because the thread may not HAVE everything in
489                          * memory? XXX I think this is out of date.
490                          */
491                         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
492                                 awake = 1;
493                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
494                         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
495                                 awake = 1;
496                                 /* Do not clear TDF_DIDRUN */
497                         } else if (td->td_flags & TDF_DIDRUN) {
498                                 awake = 1;
499                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
500                         }
501
502                         /*
503                          * ts_pctcpu is only for ps and ttyinfo().
504                          */
505                         ts->ts_pctcpu = (ts->ts_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
506                         /*
507                          * If the td_sched has been idle the entire second,
508                          * stop recalculating its priority until
509                          * it wakes up.
510                          */
511                         if (ts->ts_cpticks != 0) {
512 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
513                                 ts->ts_pctcpu += (realstathz == 100)
514                                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
515                                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
516                                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
517                                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
518 #else
519                                 ts->ts_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
520                                     (ts->ts_cpticks *
521                                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
522 #endif
523                                 ts->ts_cpticks = 0;
524                         }
525                         /*
526                          * If there are ANY running threads in this process,
527                          * then don't count it as sleeping.
528                          * XXX: this is broken.
529                          */
530                         if (awake) {
531                                 if (ts->ts_slptime > 1) {
532                                         /*
533                                          * In an ideal world, this should not
534                                          * happen, because whoever woke us
535                                          * up from the long sleep should have
536                                          * unwound the slptime and reset our
537                                          * priority before we run at the stale
538                                          * priority.  Should KASSERT at some
539                                          * point when all the cases are fixed.
540                                          */
541                                         updatepri(td);
542                                 }
543                                 ts->ts_slptime = 0;
544                         } else
545                                 ts->ts_slptime++;
546                         if (ts->ts_slptime > 1) {
547                                 thread_unlock(td);
548                                 continue;
549                         }
550                         ts->ts_estcpu = decay_cpu(loadfac, ts->ts_estcpu);
551                         resetpriority(td);
552                         resetpriority_thread(td);
553                         thread_unlock(td);
554                 }
555                 PROC_UNLOCK(p);
556         }
557         sx_sunlock(&allproc_lock);
558 }
559
560 /*
561  * Main loop for a kthread that executes schedcpu once a second.
562  */
563 static void
564 schedcpu_thread(void)
565 {
566
567         for (;;) {
568                 schedcpu();
569                 pause("-", hz);
570         }
571 }
572
573 /*
574  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
575  * For all load averages >= 1 and max ts_estcpu of 255, sleeping for at
576  * least six times the loadfactor will decay ts_estcpu to zero.
577  */
578 static void
579 updatepri(struct thread *td)
580 {
581         struct td_sched *ts;
582         fixpt_t loadfac;
583         unsigned int newcpu;
584
585         ts = td_get_sched(td);
586         loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
587         if (ts->ts_slptime > 5 * loadfac)
588                 ts->ts_estcpu = 0;
589         else {
590                 newcpu = ts->ts_estcpu;
591                 ts->ts_slptime--;       /* was incremented in schedcpu() */
592                 while (newcpu && --ts->ts_slptime)
593                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
594                 ts->ts_estcpu = newcpu;
595         }
596 }
597
598 /*
599  * Compute the priority of a process when running in user mode.
600  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
601  * than that of the current process.
602  */
603 static void
604 resetpriority(struct thread *td)
605 {
606         u_int newpriority;
607
608         if (td->td_pri_class != PRI_TIMESHARE)
609                 return;
610         newpriority = PUSER +
611             td_get_sched(td)->ts_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
612             NICE_WEIGHT * (td->td_proc->p_nice - PRIO_MIN);
613         newpriority = min(max(newpriority, PRI_MIN_TIMESHARE),
614             PRI_MAX_TIMESHARE);
615         sched_user_prio(td, newpriority);
616 }
617
618 /*
619  * Update the thread's priority when the associated process's user
620  * priority changes.
621  */
622 static void
623 resetpriority_thread(struct thread *td)
624 {
625
626         /* Only change threads with a time sharing user priority. */
627         if (td->td_priority < PRI_MIN_TIMESHARE ||
628             td->td_priority > PRI_MAX_TIMESHARE)
629                 return;
630
631         /* XXX the whole needresched thing is broken, but not silly. */
632         maybe_resched(td);
633
634         sched_prio(td, td->td_user_pri);
635 }
636
637 /* ARGSUSED */
638 static void
639 sched_setup(void *dummy)
640 {
641
642         setup_runqs();
643
644         /* Account for thread0. */
645         sched_load_add();
646 }
647
648 /*
649  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
650  */
651 static void
652 sched_initticks(void *dummy)
653 {
654
655         realstathz = stathz ? stathz : hz;
656         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
657         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
658             realstathz);
659 }
660
661 /* External interfaces start here */
662
663 /*
664  * Very early in the boot some setup of scheduler-specific
665  * parts of proc0 and of some scheduler resources needs to be done.
666  * Called from:
667  *  proc0_init()
668  */
669 void
670 schedinit(void)
671 {
672
673         /*
674          * Set up the scheduler specific parts of thread0.
675          */
676         thread0.td_lock = &sched_lock;
677         td_get_sched(&thread0)->ts_slice = sched_slice;
678         mtx_init(&sched_lock, "sched lock", NULL, MTX_SPIN);
679 }
680
681 void
682 schedinit_ap(void)
683 {
684
685         /* Nothing needed. */
686 }
687
688 int
689 sched_runnable(void)
690 {
691 #ifdef SMP
692         return runq_check(&runq) + runq_check(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
693 #else
694         return runq_check(&runq);
695 #endif
696 }
697
698 int
699 sched_rr_interval(void)
700 {
701
702         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
703         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
704 }
705
706 SCHED_STAT_DEFINE(ithread_demotions, "Interrupt thread priority demotions");
707 SCHED_STAT_DEFINE(ithread_preemptions,
708     "Interrupt thread preemptions due to time-sharing");
709
710 /*
711  * We adjust the priority of the current process.  The priority of a
712  * process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
713  * estimator (ts_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
714  * compute a different priority each time ts_estcpu increases by
715  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT (until PRI_MAX_TIMESHARE is reached).  The
716  * cpu usage estimator ramps up quite quickly when the process is
717  * running (linearly), and decays away exponentially, at a rate which
718  * is proportionally slower when the system is busy.  The basic
719  * principle is that the system will 90% forget that the process used
720  * a lot of CPU time in 5 * loadav seconds.  This causes the system to
721  * favor processes which haven't run much recently, and to round-robin
722  * among other processes.
723  */
724 static void
725 sched_clock_tick(struct thread *td)
726 {
727         struct pcpuidlestat *stat;
728         struct td_sched *ts;
729
730         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
731         ts = td_get_sched(td);
732
733         ts->ts_cpticks++;
734         ts->ts_estcpu = ESTCPULIM(ts->ts_estcpu + 1);
735         if ((ts->ts_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
736                 resetpriority(td);
737                 resetpriority_thread(td);
738         }
739
740         /*
741          * Force a context switch if the current thread has used up a full
742          * time slice (default is 100ms).
743          */
744         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
745                 ts->ts_slice = sched_slice;
746
747                 /*
748                  * If an ithread uses a full quantum, demote its
749                  * priority and preempt it.
750                  */
751                 if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD) {
752                         SCHED_STAT_INC(ithread_preemptions);
753                         td->td_owepreempt = 1;
754                         if (td->td_base_pri + RQ_PPQ < PRI_MAX_ITHD) {
755                                 SCHED_STAT_INC(ithread_demotions);
756                                 sched_prio(td, td->td_base_pri + RQ_PPQ);
757                         }
758                 } else
759                         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
760         }
761
762         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
763         stat->oldidlecalls = stat->idlecalls;
764         stat->idlecalls = 0;
765 }
766
767 void
768 sched_clock(struct thread *td, int cnt)
769 {
770
771         for ( ; cnt > 0; cnt--)
772                 sched_clock_tick(td);
773 }
774
775 /*
776  * Charge child's scheduling CPU usage to parent.
777  */
778 void
779 sched_exit(struct proc *p, struct thread *td)
780 {
781
782         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "proc exit",
783             "prio:%d", td->td_priority);
784
785         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
786         sched_exit_thread(FIRST_THREAD_IN_PROC(p), td);
787 }
788
789 void
790 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
791 {
792
793         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "exit",
794             "prio:%d", child->td_priority);
795         thread_lock(td);
796         td_get_sched(td)->ts_estcpu = ESTCPULIM(td_get_sched(td)->ts_estcpu +
797             td_get_sched(child)->ts_estcpu);
798         thread_unlock(td);
799         thread_lock(child);
800         if ((child->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
801                 sched_load_rem();
802         thread_unlock(child);
803 }
804
805 void
806 sched_fork(struct thread *td, struct thread *childtd)
807 {
808         sched_fork_thread(td, childtd);
809 }
810
811 void
812 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *childtd)
813 {
814         struct td_sched *ts, *tsc;
815
816         childtd->td_oncpu = NOCPU;
817         childtd->td_lastcpu = NOCPU;
818         childtd->td_lock = &sched_lock;
819         childtd->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
820         childtd->td_domain.dr_policy = td->td_cpuset->cs_domain;
821         childtd->td_priority = childtd->td_base_pri;
822         ts = td_get_sched(childtd);
823         bzero(ts, sizeof(*ts));
824         tsc = td_get_sched(td);
825         ts->ts_estcpu = tsc->ts_estcpu;
826         ts->ts_flags |= (tsc->ts_flags & TSF_AFFINITY);
827         ts->ts_slice = 1;
828 }
829
830 void
831 sched_nice(struct proc *p, int nice)
832 {
833         struct thread *td;
834
835         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
836         p->p_nice = nice;
837         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
838                 thread_lock(td);
839                 resetpriority(td);
840                 resetpriority_thread(td);
841                 thread_unlock(td);
842         }
843 }
844
845 void
846 sched_class(struct thread *td, int class)
847 {
848         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
849         td->td_pri_class = class;
850 }
851
852 /*
853  * Adjust the priority of a thread.
854  */
855 static void
856 sched_priority(struct thread *td, u_char prio)
857 {
858
859         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "priority change",
860             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio, KTR_ATTR_LINKED,
861             sched_tdname(curthread));
862         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
863         if (td != curthread && prio > td->td_priority) {
864                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
865                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
866                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
867                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
868                     curthread);
869         }
870         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
871         if (td->td_priority == prio)
872                 return;
873         td->td_priority = prio;
874         if (TD_ON_RUNQ(td) && td->td_rqindex != (prio / RQ_PPQ)) {
875                 sched_rem(td);
876                 sched_add(td, SRQ_BORING | SRQ_HOLDTD);
877         }
878 }
879
880 /*
881  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
882  * priority.
883  */
884 void
885 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
886 {
887
888         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
889         sched_priority(td, prio);
890 }
891
892 /*
893  * Restore a thread's priority when priority propagation is
894  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
895  * needs to have to satisfy other possible priority lending
896  * requests.  If the thread's regulary priority is less
897  * important than prio the thread will keep a priority boost
898  * of prio.
899  */
900 void
901 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
902 {
903         u_char base_pri;
904
905         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
906             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
907                 base_pri = td->td_user_pri;
908         else
909                 base_pri = td->td_base_pri;
910         if (prio >= base_pri) {
911                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
912                 sched_prio(td, base_pri);
913         } else
914                 sched_lend_prio(td, prio);
915 }
916
917 void
918 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
919 {
920         u_char oldprio;
921
922         /* First, update the base priority. */
923         td->td_base_pri = prio;
924
925         /*
926          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't ever
927          * lower the priority.
928          */
929         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
930                 return;
931
932         /* Change the real priority. */
933         oldprio = td->td_priority;
934         sched_priority(td, prio);
935
936         /*
937          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
938          * its state.
939          */
940         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
941                 turnstile_adjust(td, oldprio);
942 }
943
944 void
945 sched_ithread_prio(struct thread *td, u_char prio)
946 {
947         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
948         MPASS(td->td_pri_class == PRI_ITHD);
949         td->td_base_ithread_pri = prio;
950         sched_prio(td, prio);
951 }
952
953 void
954 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
955 {
956
957         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
958         td->td_base_user_pri = prio;
959         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
960                 return;
961         td->td_user_pri = prio;
962 }
963
964 void
965 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
966 {
967
968         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
969         td->td_lend_user_pri = prio;
970         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
971         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
972                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
973         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
974                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
975 }
976
977 /*
978  * Like the above but first check if there is anything to do.
979  */
980 void
981 sched_lend_user_prio_cond(struct thread *td, u_char prio)
982 {
983
984         if (td->td_lend_user_pri != prio)
985                 goto lend;
986         if (td->td_user_pri != min(prio, td->td_base_user_pri))
987                 goto lend;
988         if (td->td_priority != td->td_user_pri)
989                 goto lend;
990         return;
991
992 lend:
993         thread_lock(td);
994         sched_lend_user_prio(td, prio);
995         thread_unlock(td);
996 }
997
998 void
999 sched_sleep(struct thread *td, int pri)
1000 {
1001
1002         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1003         td->td_slptick = ticks;
1004         td_get_sched(td)->ts_slptime = 0;
1005         if (pri != 0 && PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
1006                 sched_prio(td, pri);
1007         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || pri >= PSOCK)
1008                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1009 }
1010
1011 void
1012 sched_switch(struct thread *td, int flags)
1013 {
1014         struct thread *newtd;
1015         struct mtx *tmtx;
1016         int preempted;
1017
1018         tmtx = &sched_lock;
1019
1020         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1021
1022         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1023         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
1024             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
1025         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1026         td->td_owepreempt = 0;
1027         td->td_oncpu = NOCPU;
1028
1029         /*
1030          * At the last moment, if this thread is still marked RUNNING,
1031          * then put it back on the run queue as it has not been suspended
1032          * or stopped or any thing else similar.  We never put the idle
1033          * threads on the run queue, however.
1034          */
1035         if (td->td_flags & TDF_IDLETD) {
1036                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1037 #ifdef SMP
1038                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1039 #endif
1040         } else {
1041                 if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1042                         /* Put us back on the run queue. */
1043                         sched_add(td, preempted ?
1044                             SRQ_HOLDTD|SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1045                             SRQ_HOLDTD|SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING);
1046                 }
1047         }
1048
1049         /* 
1050          * Switch to the sched lock to fix things up and pick
1051          * a new thread.  Block the td_lock in order to avoid
1052          * breaking the critical path.
1053          */
1054         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1055                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1056                 tmtx = thread_lock_block(td);
1057                 mtx_unlock_spin(tmtx);
1058         }
1059
1060         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1061                 sched_load_rem();
1062
1063         newtd = choosethread();
1064         MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
1065
1066 #if (KTR_COMPILE & KTR_SCHED) != 0
1067         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
1068                 KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "idle",
1069                     "prio:%d", td->td_priority);
1070         else
1071                 KTR_STATE3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), KTDSTATE(td),
1072                     "prio:%d", td->td_priority, "wmesg:\"%s\"", td->td_wmesg,
1073                     "lockname:\"%s\"", td->td_lockname);
1074 #endif
1075
1076         if (td != newtd) {
1077 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1078                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1079                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1080 #endif
1081
1082                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1083
1084                 /* I feel sleepy */
1085                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object, true);
1086 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1087                 /*
1088                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1089                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1090                  * function to call.
1091                  */
1092                 if (dtrace_vtime_active)
1093                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1094 #endif
1095
1096                 cpu_switch(td, newtd, tmtx);
1097                 lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object, true,
1098                     0, 0, __FILE__, __LINE__);
1099                 /*
1100                  * Where am I?  What year is it?
1101                  * We are in the same thread that went to sleep above,
1102                  * but any amount of time may have passed. All our context
1103                  * will still be available as will local variables.
1104                  * PCPU values however may have changed as we may have
1105                  * changed CPU so don't trust cached values of them.
1106                  * New threads will go to fork_exit() instead of here
1107                  * so if you change things here you may need to change
1108                  * things there too.
1109                  *
1110                  * If the thread above was exiting it will never wake
1111                  * up again here, so either it has saved everything it
1112                  * needed to, or the thread_wait() or wait() will
1113                  * need to reap it.
1114                  */
1115
1116                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1117 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1118                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1119                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1120 #endif
1121         } else {
1122                 td->td_lock = &sched_lock;
1123                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1124         }
1125
1126         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1127             "prio:%d", td->td_priority);
1128
1129 #ifdef SMP
1130         if (td->td_flags & TDF_IDLETD)
1131                 CPU_SET(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1132 #endif
1133         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1134         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1135         spinlock_enter();
1136         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1137 }
1138
1139 void
1140 sched_wakeup(struct thread *td, int srqflags)
1141 {
1142         struct td_sched *ts;
1143
1144         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1145         ts = td_get_sched(td);
1146         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1147         if (ts->ts_slptime > 1) {
1148                 updatepri(td);
1149                 resetpriority(td);
1150         }
1151         td->td_slptick = 0;
1152         ts->ts_slptime = 0;
1153         ts->ts_slice = sched_slice;
1154
1155         /*
1156          * When resuming an idle ithread, restore its base ithread
1157          * priority.
1158          */
1159         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD &&
1160             td->td_base_pri != td->td_base_ithread_pri)
1161                 sched_prio(td, td->td_base_ithread_pri);
1162
1163         sched_add(td, srqflags);
1164 }
1165
1166 #ifdef SMP
1167 static int
1168 forward_wakeup(int cpunum)
1169 {
1170         struct pcpu *pc;
1171         cpuset_t dontuse, map, map2;
1172         u_int id, me;
1173         int iscpuset;
1174
1175         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1176
1177         CTR0(KTR_RUNQ, "forward_wakeup()");
1178
1179         if ((!forward_wakeup_enabled) ||
1180              (forward_wakeup_use_mask == 0 && forward_wakeup_use_loop == 0))
1181                 return (0);
1182         if (!smp_started || KERNEL_PANICKED())
1183                 return (0);
1184
1185         forward_wakeups_requested++;
1186
1187         /*
1188          * Check the idle mask we received against what we calculated
1189          * before in the old version.
1190          */
1191         me = PCPU_GET(cpuid);
1192
1193         /* Don't bother if we should be doing it ourself. */
1194         if (CPU_ISSET(me, &idle_cpus_mask) &&
1195             (cpunum == NOCPU || me == cpunum))
1196                 return (0);
1197
1198         CPU_SETOF(me, &dontuse);
1199         CPU_OR(&dontuse, &dontuse, &stopped_cpus);
1200         CPU_OR(&dontuse, &dontuse, &hlt_cpus_mask);
1201         CPU_ZERO(&map2);
1202         if (forward_wakeup_use_loop) {
1203                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1204                         id = pc->pc_cpuid;
1205                         if (!CPU_ISSET(id, &dontuse) &&
1206                             pc->pc_curthread == pc->pc_idlethread) {
1207                                 CPU_SET(id, &map2);
1208                         }
1209                 }
1210         }
1211
1212         if (forward_wakeup_use_mask) {
1213                 map = idle_cpus_mask;
1214                 CPU_ANDNOT(&map, &map, &dontuse);
1215
1216                 /* If they are both on, compare and use loop if different. */
1217                 if (forward_wakeup_use_loop) {
1218                         if (CPU_CMP(&map, &map2)) {
1219                                 printf("map != map2, loop method preferred\n");
1220                                 map = map2;
1221                         }
1222                 }
1223         } else {
1224                 map = map2;
1225         }
1226
1227         /* If we only allow a specific CPU, then mask off all the others. */
1228         if (cpunum != NOCPU) {
1229                 KASSERT((cpunum <= mp_maxcpus),("forward_wakeup: bad cpunum."));
1230                 iscpuset = CPU_ISSET(cpunum, &map);
1231                 if (iscpuset == 0)
1232                         CPU_ZERO(&map);
1233                 else
1234                         CPU_SETOF(cpunum, &map);
1235         }
1236         if (!CPU_EMPTY(&map)) {
1237                 forward_wakeups_delivered++;
1238                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1239                         id = pc->pc_cpuid;
1240                         if (!CPU_ISSET(id, &map))
1241                                 continue;
1242                         if (cpu_idle_wakeup(pc->pc_cpuid))
1243                                 CPU_CLR(id, &map);
1244                 }
1245                 if (!CPU_EMPTY(&map))
1246                         ipi_selected(map, IPI_AST);
1247                 return (1);
1248         }
1249         if (cpunum == NOCPU)
1250                 printf("forward_wakeup: Idle processor not found\n");
1251         return (0);
1252 }
1253
1254 static void
1255 kick_other_cpu(int pri, int cpuid)
1256 {
1257         struct pcpu *pcpu;
1258         int cpri;
1259
1260         pcpu = pcpu_find(cpuid);
1261         if (CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask)) {
1262                 forward_wakeups_delivered++;
1263                 if (!cpu_idle_wakeup(cpuid))
1264                         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1265                 return;
1266         }
1267
1268         cpri = pcpu->pc_curthread->td_priority;
1269         if (pri >= cpri)
1270                 return;
1271
1272 #if defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION)
1273 #if !defined(FULL_PREEMPTION)
1274         if (pri <= PRI_MAX_ITHD)
1275 #endif /* ! FULL_PREEMPTION */
1276         {
1277                 ipi_cpu(cpuid, IPI_PREEMPT);
1278                 return;
1279         }
1280 #endif /* defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION) */
1281
1282         pcpu->pc_curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1283         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1284         return;
1285 }
1286 #endif /* SMP */
1287
1288 #ifdef SMP
1289 static int
1290 sched_pickcpu(struct thread *td)
1291 {
1292         int best, cpu;
1293
1294         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1295
1296         if (td->td_lastcpu != NOCPU && THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_lastcpu))
1297                 best = td->td_lastcpu;
1298         else
1299                 best = NOCPU;
1300         CPU_FOREACH(cpu) {
1301                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1302                         continue;
1303
1304                 if (best == NOCPU)
1305                         best = cpu;
1306                 else if (runq_length[cpu] < runq_length[best])
1307                         best = cpu;
1308         }
1309         KASSERT(best != NOCPU, ("no valid CPUs"));
1310
1311         return (best);
1312 }
1313 #endif
1314
1315 void
1316 sched_add(struct thread *td, int flags)
1317 #ifdef SMP
1318 {
1319         cpuset_t tidlemsk;
1320         struct td_sched *ts;
1321         u_int cpu, cpuid;
1322         int forwarded = 0;
1323         int single_cpu = 0;
1324
1325         ts = td_get_sched(td);
1326         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1327         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1328             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1329         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1330             ("sched_add: bad thread state"));
1331         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1332             ("sched_add: thread swapped out"));
1333
1334         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1335             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1336             sched_tdname(curthread));
1337         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1338             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1339         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1340             flags & SRQ_PREEMPTED);
1341
1342         /*
1343          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1344          * to the scheduler's lock.
1345          */
1346         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1347                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1348                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
1349                         td->td_lock = &sched_lock;
1350                 else
1351                         thread_lock_set(td, &sched_lock);
1352         }
1353         TD_SET_RUNQ(td);
1354
1355         /*
1356          * If SMP is started and the thread is pinned or otherwise limited to
1357          * a specific set of CPUs, queue the thread to a per-CPU run queue.
1358          * Otherwise, queue the thread to the global run queue.
1359          *
1360          * If SMP has not yet been started we must use the global run queue
1361          * as per-CPU state may not be initialized yet and we may crash if we
1362          * try to access the per-CPU run queues.
1363          */
1364         if (smp_started && (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND ||
1365             ts->ts_flags & TSF_AFFINITY)) {
1366                 if (td->td_pinned != 0)
1367                         cpu = td->td_lastcpu;
1368                 else if (td->td_flags & TDF_BOUND) {
1369                         /* Find CPU from bound runq. */
1370                         KASSERT(SKE_RUNQ_PCPU(ts),
1371                             ("sched_add: bound td_sched not on cpu runq"));
1372                         cpu = ts->ts_runq - &runq_pcpu[0];
1373                 } else
1374                         /* Find a valid CPU for our cpuset */
1375                         cpu = sched_pickcpu(td);
1376                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1377                 single_cpu = 1;
1378                 CTR3(KTR_RUNQ,
1379                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1380                     cpu);
1381         } else {
1382                 CTR2(KTR_RUNQ,
1383                     "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to gbl runq", ts,
1384                     td);
1385                 cpu = NOCPU;
1386                 ts->ts_runq = &runq;
1387         }
1388
1389         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1390                 sched_load_add();
1391         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1392         if (cpu != NOCPU)
1393                 runq_length[cpu]++;
1394
1395         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1396         if (single_cpu && cpu != cpuid) {
1397                 kick_other_cpu(td->td_priority, cpu);
1398         } else {
1399                 if (!single_cpu) {
1400                         tidlemsk = idle_cpus_mask;
1401                         CPU_ANDNOT(&tidlemsk, &tidlemsk, &hlt_cpus_mask);
1402                         CPU_CLR(cpuid, &tidlemsk);
1403
1404                         if (!CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask) &&
1405                             ((flags & SRQ_INTR) == 0) &&
1406                             !CPU_EMPTY(&tidlemsk))
1407                                 forwarded = forward_wakeup(cpu);
1408                 }
1409
1410                 if (!forwarded) {
1411                         if (!maybe_preempt(td))
1412                                 maybe_resched(td);
1413                 }
1414         }
1415         if ((flags & SRQ_HOLDTD) == 0)
1416                 thread_unlock(td);
1417 }
1418 #else /* SMP */
1419 {
1420         struct td_sched *ts;
1421
1422         ts = td_get_sched(td);
1423         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1424         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1425             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1426         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1427             ("sched_add: bad thread state"));
1428         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1429             ("sched_add: thread swapped out"));
1430         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1431             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1432             sched_tdname(curthread));
1433         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1434             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1435         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1436             flags & SRQ_PREEMPTED);
1437
1438         /*
1439          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1440          * to the scheduler's lock.
1441          */
1442         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1443                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1444                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
1445                         td->td_lock = &sched_lock;
1446                 else
1447                         thread_lock_set(td, &sched_lock);
1448         }
1449         TD_SET_RUNQ(td);
1450         CTR2(KTR_RUNQ, "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to runq", ts, td);
1451         ts->ts_runq = &runq;
1452
1453         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1454                 sched_load_add();
1455         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1456         if (!maybe_preempt(td))
1457                 maybe_resched(td);
1458         if ((flags & SRQ_HOLDTD) == 0)
1459                 thread_unlock(td);
1460 }
1461 #endif /* SMP */
1462
1463 void
1464 sched_rem(struct thread *td)
1465 {
1466         struct td_sched *ts;
1467
1468         ts = td_get_sched(td);
1469         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1470             ("sched_rem: thread swapped out"));
1471         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
1472             ("sched_rem: thread not on run queue"));
1473         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1474         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
1475             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1476             sched_tdname(curthread));
1477         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
1478
1479         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1480                 sched_load_rem();
1481 #ifdef SMP
1482         if (ts->ts_runq != &runq)
1483                 runq_length[ts->ts_runq - runq_pcpu]--;
1484 #endif
1485         runq_remove(ts->ts_runq, td);
1486         TD_SET_CAN_RUN(td);
1487 }
1488
1489 /*
1490  * Select threads to run.  Note that running threads still consume a
1491  * slot.
1492  */
1493 struct thread *
1494 sched_choose(void)
1495 {
1496         struct thread *td;
1497         struct runq *rq;
1498
1499         mtx_assert(&sched_lock,  MA_OWNED);
1500 #ifdef SMP
1501         struct thread *tdcpu;
1502
1503         rq = &runq;
1504         td = runq_choose_fuzz(&runq, runq_fuzz);
1505         tdcpu = runq_choose(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
1506
1507         if (td == NULL ||
1508             (tdcpu != NULL &&
1509              tdcpu->td_priority < td->td_priority)) {
1510                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosing td %p from pcpu runq %d", tdcpu,
1511                      PCPU_GET(cpuid));
1512                 td = tdcpu;
1513                 rq = &runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1514         } else {
1515                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosing td_sched %p from main runq", td);
1516         }
1517
1518 #else
1519         rq = &runq;
1520         td = runq_choose(&runq);
1521 #endif
1522
1523         if (td) {
1524 #ifdef SMP
1525                 if (td == tdcpu)
1526                         runq_length[PCPU_GET(cpuid)]--;
1527 #endif
1528                 runq_remove(rq, td);
1529                 td->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1530
1531                 KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1532                     ("sched_choose: thread swapped out"));
1533                 return (td);
1534         }
1535         return (PCPU_GET(idlethread));
1536 }
1537
1538 void
1539 sched_preempt(struct thread *td)
1540 {
1541
1542         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
1543         if (td->td_critnest > 1) {
1544                 td->td_owepreempt = 1;
1545         } else {
1546                 thread_lock(td);
1547                 mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT);
1548         }
1549 }
1550
1551 void
1552 sched_userret_slowpath(struct thread *td)
1553 {
1554
1555         thread_lock(td);
1556         td->td_priority = td->td_user_pri;
1557         td->td_base_pri = td->td_user_pri;
1558         thread_unlock(td);
1559 }
1560
1561 void
1562 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
1563 {
1564 #ifdef SMP
1565         struct td_sched *ts = td_get_sched(td);
1566 #endif
1567
1568         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1569         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
1570
1571         td->td_flags |= TDF_BOUND;
1572 #ifdef SMP
1573         ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1574         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
1575                 return;
1576
1577         mi_switch(SW_VOL);
1578         thread_lock(td);
1579 #endif
1580 }
1581
1582 void
1583 sched_unbind(struct thread* td)
1584 {
1585         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1586         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
1587         td->td_flags &= ~TDF_BOUND;
1588 }
1589
1590 int
1591 sched_is_bound(struct thread *td)
1592 {
1593         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1594         return (td->td_flags & TDF_BOUND);
1595 }
1596
1597 void
1598 sched_relinquish(struct thread *td)
1599 {
1600         thread_lock(td);
1601         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH);
1602 }
1603
1604 int
1605 sched_load(void)
1606 {
1607         return (sched_tdcnt);
1608 }
1609
1610 int
1611 sched_sizeof_proc(void)
1612 {
1613         return (sizeof(struct proc));
1614 }
1615
1616 int
1617 sched_sizeof_thread(void)
1618 {
1619         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
1620 }
1621
1622 fixpt_t
1623 sched_pctcpu(struct thread *td)
1624 {
1625         struct td_sched *ts;
1626
1627         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1628         ts = td_get_sched(td);
1629         return (ts->ts_pctcpu);
1630 }
1631
1632 #ifdef RACCT
1633 /*
1634  * Calculates the contribution to the thread cpu usage for the latest
1635  * (unfinished) second.
1636  */
1637 fixpt_t
1638 sched_pctcpu_delta(struct thread *td)
1639 {
1640         struct td_sched *ts;
1641         fixpt_t delta;
1642         int realstathz;
1643
1644         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1645         ts = td_get_sched(td);
1646         delta = 0;
1647         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1648         if (ts->ts_cpticks != 0) {
1649 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
1650                 delta = (realstathz == 100)
1651                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
1652                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
1653                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
1654                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
1655 #else
1656                 delta = ((FSCALE - ccpu) *
1657                     (ts->ts_cpticks *
1658                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
1659 #endif
1660         }
1661
1662         return (delta);
1663 }
1664 #endif
1665
1666 u_int
1667 sched_estcpu(struct thread *td)
1668 {
1669
1670         return (td_get_sched(td)->ts_estcpu);
1671 }
1672
1673 /*
1674  * The actual idle process.
1675  */
1676 void
1677 sched_idletd(void *dummy)
1678 {
1679         struct pcpuidlestat *stat;
1680
1681         THREAD_NO_SLEEPING();
1682         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
1683         for (;;) {
1684                 mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
1685
1686                 while (sched_runnable() == 0) {
1687                         cpu_idle(stat->idlecalls + stat->oldidlecalls > 64);
1688                         stat->idlecalls++;
1689                 }
1690
1691                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1692                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1693         }
1694 }
1695
1696 static void
1697 sched_throw_tail(struct thread *td)
1698 {
1699
1700         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1701         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
1702         cpu_throw(td, choosethread());  /* doesn't return */
1703 }
1704
1705 /*
1706  * A CPU is entering for the first time.
1707  */
1708 void
1709 sched_ap_entry(void)
1710 {
1711
1712         /*
1713          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
1714          * borrowing was created so that it would start out with a single
1715          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
1716          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
1717          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
1718          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
1719          * spin lock using code to interrupt us.
1720          */
1721         mtx_lock_spin(&sched_lock);
1722         spinlock_exit();
1723         PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
1724         PCPU_SET(switchticks, ticks);
1725
1726         sched_throw_tail(NULL);
1727 }
1728
1729 /*
1730  * A thread is exiting.
1731  */
1732 void
1733 sched_throw(struct thread *td)
1734 {
1735
1736         MPASS(td != NULL);
1737         MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1738
1739         lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object, true);
1740         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1741         td->td_oncpu = NOCPU;
1742
1743         sched_throw_tail(td);
1744 }
1745
1746 void
1747 sched_fork_exit(struct thread *td)
1748 {
1749
1750         /*
1751          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
1752          * non-nested critical section with sched_lock held but not recursed.
1753          */
1754         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1755         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1756         lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object, true,
1757             0, 0, __FILE__, __LINE__);
1758         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1759
1760         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1761             "prio:%d", td->td_priority);
1762         SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1763 }
1764
1765 char *
1766 sched_tdname(struct thread *td)
1767 {
1768 #ifdef KTR
1769         struct td_sched *ts;
1770
1771         ts = td_get_sched(td);
1772         if (ts->ts_name[0] == '\0')
1773                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
1774                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
1775         return (ts->ts_name);
1776 #else   
1777         return (td->td_name);
1778 #endif
1779 }
1780
1781 #ifdef KTR
1782 void
1783 sched_clear_tdname(struct thread *td)
1784 {
1785         struct td_sched *ts;
1786
1787         ts = td_get_sched(td);
1788         ts->ts_name[0] = '\0';
1789 }
1790 #endif
1791
1792 void
1793 sched_affinity(struct thread *td)
1794 {
1795 #ifdef SMP
1796         struct td_sched *ts;
1797         int cpu;
1798
1799         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);       
1800
1801         /*
1802          * Set the TSF_AFFINITY flag if there is at least one CPU this
1803          * thread can't run on.
1804          */
1805         ts = td_get_sched(td);
1806         ts->ts_flags &= ~TSF_AFFINITY;
1807         CPU_FOREACH(cpu) {
1808                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)) {
1809                         ts->ts_flags |= TSF_AFFINITY;
1810                         break;
1811                 }
1812         }
1813
1814         /*
1815          * If this thread can run on all CPUs, nothing else to do.
1816          */
1817         if (!(ts->ts_flags & TSF_AFFINITY))
1818                 return;
1819
1820         /* Pinned threads and bound threads should be left alone. */
1821         if (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND)
1822                 return;
1823
1824         switch (TD_GET_STATE(td)) {
1825         case TDS_RUNQ:
1826                 /*
1827                  * If we are on a per-CPU runqueue that is in the set,
1828                  * then nothing needs to be done.
1829                  */
1830                 if (ts->ts_runq != &runq &&
1831                     THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_runq - runq_pcpu))
1832                         return;
1833
1834                 /* Put this thread on a valid per-CPU runqueue. */
1835                 sched_rem(td);
1836                 sched_add(td, SRQ_HOLDTD | SRQ_BORING);
1837                 break;
1838         case TDS_RUNNING:
1839                 /*
1840                  * See if our current CPU is in the set.  If not, force a
1841                  * context switch.
1842                  */
1843                 if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_oncpu))
1844                         return;
1845
1846                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1847                 if (td != curthread)
1848                         ipi_cpu(cpu, IPI_AST);
1849                 break;
1850         default:
1851                 break;
1852         }
1853 #endif
1854 }