]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_4bsd.c
Merge llvm-project release/18.x llvmorg-18-init-18361-g22683463740e
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_4bsd.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1982, 1986, 1990, 1991, 1993
5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
6  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
7  * All or some portions of this file are derived from material licensed
8  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
9  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
10  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  */
36
37 #include <sys/cdefs.h>
38 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
39 #include "opt_sched.h"
40
41 #include <sys/param.h>
42 #include <sys/systm.h>
43 #include <sys/cpuset.h>
44 #include <sys/kernel.h>
45 #include <sys/ktr.h>
46 #include <sys/lock.h>
47 #include <sys/kthread.h>
48 #include <sys/mutex.h>
49 #include <sys/proc.h>
50 #include <sys/resourcevar.h>
51 #include <sys/sched.h>
52 #include <sys/sdt.h>
53 #include <sys/smp.h>
54 #include <sys/sysctl.h>
55 #include <sys/sx.h>
56 #include <sys/turnstile.h>
57 #include <sys/umtxvar.h>
58 #include <machine/pcb.h>
59 #include <machine/smp.h>
60
61 #ifdef HWPMC_HOOKS
62 #include <sys/pmckern.h>
63 #endif
64
65 #ifdef KDTRACE_HOOKS
66 #include <sys/dtrace_bsd.h>
67 int __read_mostly               dtrace_vtime_active;
68 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
69 #endif
70
71 /*
72  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT is only suitable for statclock() frequencies in
73  * the range 100-256 Hz (approximately).
74  */
75 #define ESTCPULIM(e) \
76     min((e), INVERSE_ESTCPU_WEIGHT * (NICE_WEIGHT * (PRIO_MAX - PRIO_MIN) - \
77     RQ_PPQ) + INVERSE_ESTCPU_WEIGHT - 1)
78 #ifdef SMP
79 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   (8 * smp_cpus)
80 #else
81 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   8       /* 1 / (priorities per estcpu level). */
82 #endif
83 #define NICE_WEIGHT             1       /* Priorities per nice level. */
84
85 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
86
87 /*
88  * The schedulable entity that runs a context.
89  * This is  an extension to the thread structure and is tailored to
90  * the requirements of this scheduler.
91  * All fields are protected by the scheduler lock.
92  */
93 struct td_sched {
94         fixpt_t         ts_pctcpu;      /* %cpu during p_swtime. */
95         u_int           ts_estcpu;      /* Estimated cpu utilization. */
96         int             ts_cpticks;     /* Ticks of cpu time. */
97         int             ts_slptime;     /* Seconds !RUNNING. */
98         int             ts_slice;       /* Remaining part of time slice. */
99         int             ts_flags;
100         struct runq     *ts_runq;       /* runq the thread is currently on */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105
106 /* flags kept in td_flags */
107 #define TDF_DIDRUN      TDF_SCHED0      /* thread actually ran. */
108 #define TDF_BOUND       TDF_SCHED1      /* Bound to one CPU. */
109 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
110
111 /* flags kept in ts_flags */
112 #define TSF_AFFINITY    0x0001          /* Has a non-"full" CPU set. */
113
114 #define SKE_RUNQ_PCPU(ts)                                               \
115     ((ts)->ts_runq != 0 && (ts)->ts_runq != &runq)
116
117 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
118     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
119
120 _Static_assert(sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched) <=
121     sizeof(struct thread0_storage),
122     "increase struct thread0_storage.t0st_sched size");
123
124 static struct mtx sched_lock;
125
126 static int      realstathz = 127; /* stathz is sometimes 0 and run off of hz. */
127 static int      sched_tdcnt;    /* Total runnable threads in the system. */
128 static int      sched_slice = 12; /* Thread run time before rescheduling. */
129
130 static void     setup_runqs(void);
131 static void     schedcpu(void);
132 static void     schedcpu_thread(void);
133 static void     sched_priority(struct thread *td, u_char prio);
134 static void     sched_setup(void *dummy);
135 static void     maybe_resched(struct thread *td);
136 static void     updatepri(struct thread *td);
137 static void     resetpriority(struct thread *td);
138 static void     resetpriority_thread(struct thread *td);
139 #ifdef SMP
140 static int      sched_pickcpu(struct thread *td);
141 static int      forward_wakeup(int cpunum);
142 static void     kick_other_cpu(int pri, int cpuid);
143 #endif
144
145 static struct kproc_desc sched_kp = {
146         "schedcpu",
147         schedcpu_thread,
148         NULL
149 };
150 SYSINIT(schedcpu, SI_SUB_LAST, SI_ORDER_FIRST, kproc_start,
151     &sched_kp);
152 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
153
154 static void sched_initticks(void *dummy);
155 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
156     NULL);
157
158 /*
159  * Global run queue.
160  */
161 static struct runq runq;
162
163 #ifdef SMP
164 /*
165  * Per-CPU run queues
166  */
167 static struct runq runq_pcpu[MAXCPU];
168 long runq_length[MAXCPU];
169
170 static cpuset_t idle_cpus_mask;
171 #endif
172
173 struct pcpuidlestat {
174         u_int idlecalls;
175         u_int oldidlecalls;
176 };
177 DPCPU_DEFINE_STATIC(struct pcpuidlestat, idlestat);
178
179 static void
180 setup_runqs(void)
181 {
182 #ifdef SMP
183         int i;
184
185         for (i = 0; i < MAXCPU; ++i)
186                 runq_init(&runq_pcpu[i]);
187 #endif
188
189         runq_init(&runq);
190 }
191
192 static int
193 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
194 {
195         int error, new_val, period;
196
197         period = 1000000 / realstathz;
198         new_val = period * sched_slice;
199         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
200         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
201                 return (error);
202         if (new_val <= 0)
203                 return (EINVAL);
204         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
205         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
206             realstathz);
207         return (0);
208 }
209
210 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
211     "Scheduler");
212
213 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "4BSD", 0,
214     "Scheduler name");
215 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum,
216     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
217     sysctl_kern_quantum, "I",
218     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
219 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
220     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
221 #ifdef SMP
222 /* Enable forwarding of wakeups to all other cpus */
223 static SYSCTL_NODE(_kern_sched, OID_AUTO, ipiwakeup,
224     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
225     "Kernel SMP");
226
227 static int runq_fuzz = 1;
228 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, runq_fuzz, CTLFLAG_RW, &runq_fuzz, 0, "");
229
230 static int forward_wakeup_enabled = 1;
231 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, enabled, CTLFLAG_RW,
232            &forward_wakeup_enabled, 0,
233            "Forwarding of wakeup to idle CPUs");
234
235 static int forward_wakeups_requested = 0;
236 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, requested, CTLFLAG_RD,
237            &forward_wakeups_requested, 0,
238            "Requests for Forwarding of wakeup to idle CPUs");
239
240 static int forward_wakeups_delivered = 0;
241 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, delivered, CTLFLAG_RD,
242            &forward_wakeups_delivered, 0,
243            "Completed Forwarding of wakeup to idle CPUs");
244
245 static int forward_wakeup_use_mask = 1;
246 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, usemask, CTLFLAG_RW,
247            &forward_wakeup_use_mask, 0,
248            "Use the mask of idle cpus");
249
250 static int forward_wakeup_use_loop = 0;
251 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, useloop, CTLFLAG_RW,
252            &forward_wakeup_use_loop, 0,
253            "Use a loop to find idle cpus");
254
255 #endif
256 #if 0
257 static int sched_followon = 0;
258 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, followon, CTLFLAG_RW,
259            &sched_followon, 0,
260            "allow threads to share a quantum");
261 #endif
262
263 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
264
265 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
266     "struct proc *", "uint8_t");
267 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
268     "struct proc *", "void *");
269 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
270     "struct proc *", "void *", "int");
271 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
272     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
273 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
274 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *",
275     "struct proc *");
276 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
277 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
278 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *",
279     "struct proc *");
280
281 static __inline void
282 sched_load_add(void)
283 {
284
285         sched_tdcnt++;
286         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
287         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
288 }
289
290 static __inline void
291 sched_load_rem(void)
292 {
293
294         sched_tdcnt--;
295         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
296         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
297 }
298 /*
299  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
300  * schedulers into account.
301  */
302 static void
303 maybe_resched(struct thread *td)
304 {
305
306         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
307         if (td->td_priority < curthread->td_priority)
308                 ast_sched_locked(curthread, TDA_SCHED);
309 }
310
311 /*
312  * This function is called when a thread is about to be put on run queue
313  * because it has been made runnable or its priority has been adjusted.  It
314  * determines if the new thread should preempt the current thread.  If so,
315  * it sets td_owepreempt to request a preemption.
316  */
317 int
318 maybe_preempt(struct thread *td)
319 {
320 #ifdef PREEMPTION
321         struct thread *ctd;
322         int cpri, pri;
323
324         /*
325          * The new thread should not preempt the current thread if any of the
326          * following conditions are true:
327          *
328          *  - The kernel is in the throes of crashing (panicstr).
329          *  - The current thread has a higher (numerically lower) or
330          *    equivalent priority.  Note that this prevents curthread from
331          *    trying to preempt to itself.
332          *  - The current thread has an inhibitor set or is in the process of
333          *    exiting.  In this case, the current thread is about to switch
334          *    out anyways, so there's no point in preempting.  If we did,
335          *    the current thread would not be properly resumed as well, so
336          *    just avoid that whole landmine.
337          *  - If the new thread's priority is not a realtime priority and
338          *    the current thread's priority is not an idle priority and
339          *    FULL_PREEMPTION is disabled.
340          *
341          * If all of these conditions are false, but the current thread is in
342          * a nested critical section, then we have to defer the preemption
343          * until we exit the critical section.  Otherwise, switch immediately
344          * to the new thread.
345          */
346         ctd = curthread;
347         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
348         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
349                         ("maybe_preempt: trying to run inhibited thread"));
350         pri = td->td_priority;
351         cpri = ctd->td_priority;
352         if (KERNEL_PANICKED() || pri >= cpri /* || dumping */ ||
353             TD_IS_INHIBITED(ctd))
354                 return (0);
355 #ifndef FULL_PREEMPTION
356         if (pri > PRI_MAX_ITHD && cpri < PRI_MIN_IDLE)
357                 return (0);
358 #endif
359
360         CTR0(KTR_PROC, "maybe_preempt: scheduling preemption");
361         ctd->td_owepreempt = 1;
362         return (1);
363 #else
364         return (0);
365 #endif
366 }
367
368 /*
369  * Constants for digital decay and forget:
370  *      90% of (ts_estcpu) usage in 5 * loadav time
371  *      95% of (ts_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
372  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
373  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
374  *
375  * Note that schedclock() updates ts_estcpu and p_cpticks asynchronously.
376  *
377  * We wish to decay away 90% of ts_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
378  * That is, the system wants to compute a value of decay such
379  * that the following for loop:
380  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
381  *              ts_estcpu *= decay;
382  * will compute
383  *      ts_estcpu *= 0.1;
384  * for all values of loadavg:
385  *
386  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
387  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
388  *
389  * The system computes decay as:
390  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
391  *
392  * We wish to prove that the system's computation of decay
393  * will always fulfill the equation:
394  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
395  *
396  * If we compute b as:
397  *      b = 2 * loadavg
398  * then
399  *      decay = b / (b + 1)
400  *
401  * We now need to prove two things:
402  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
403  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
404  *
405  * Facts:
406  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
407  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
408  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
409  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
410  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
411  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
412  *         ln(.1) =~ -2.30
413  *
414  * Proof of (1):
415  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
416  *      solving for factor,
417  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
418  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
419  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
420  *
421  * Proof of (2):
422  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
423  *      solving for power,
424  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
425  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
426  *
427  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
428  *      loadav: 1       2       3       4
429  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
430  */
431
432 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
433 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
434 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
435
436 /* decay 95% of `ts_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
437 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
438 SYSCTL_UINT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0,
439     "Decay factor used for updating %CPU");
440
441 /*
442  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
443  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
444  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
445  *
446  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
447  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
448  *
449  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
450  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
451  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
452  */
453 #define CCPU_SHIFT      11
454
455 /*
456  * Recompute process priorities, every hz ticks.
457  * MP-safe, called without the Giant mutex.
458  */
459 /* ARGSUSED */
460 static void
461 schedcpu(void)
462 {
463         fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
464         struct thread *td;
465         struct proc *p;
466         struct td_sched *ts;
467         int awake;
468
469         sx_slock(&allproc_lock);
470         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
471                 PROC_LOCK(p);
472                 if (p->p_state == PRS_NEW) {
473                         PROC_UNLOCK(p);
474                         continue;
475                 }
476                 FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
477                         awake = 0;
478                         ts = td_get_sched(td);
479                         thread_lock(td);
480                         /*
481                          * Increment sleep time (if sleeping).  We
482                          * ignore overflow, as above.
483                          */
484                         /*
485                          * The td_sched slptimes are not touched in wakeup
486                          * because the thread may not HAVE everything in
487                          * memory? XXX I think this is out of date.
488                          */
489                         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
490                                 awake = 1;
491                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
492                         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
493                                 awake = 1;
494                                 /* Do not clear TDF_DIDRUN */
495                         } else if (td->td_flags & TDF_DIDRUN) {
496                                 awake = 1;
497                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
498                         }
499
500                         /*
501                          * ts_pctcpu is only for ps and ttyinfo().
502                          */
503                         ts->ts_pctcpu = (ts->ts_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
504                         /*
505                          * If the td_sched has been idle the entire second,
506                          * stop recalculating its priority until
507                          * it wakes up.
508                          */
509                         if (ts->ts_cpticks != 0) {
510 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
511                                 ts->ts_pctcpu += (realstathz == 100)
512                                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
513                                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
514                                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
515                                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
516 #else
517                                 ts->ts_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
518                                     (ts->ts_cpticks *
519                                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
520 #endif
521                                 ts->ts_cpticks = 0;
522                         }
523                         /*
524                          * If there are ANY running threads in this process,
525                          * then don't count it as sleeping.
526                          * XXX: this is broken.
527                          */
528                         if (awake) {
529                                 if (ts->ts_slptime > 1) {
530                                         /*
531                                          * In an ideal world, this should not
532                                          * happen, because whoever woke us
533                                          * up from the long sleep should have
534                                          * unwound the slptime and reset our
535                                          * priority before we run at the stale
536                                          * priority.  Should KASSERT at some
537                                          * point when all the cases are fixed.
538                                          */
539                                         updatepri(td);
540                                 }
541                                 ts->ts_slptime = 0;
542                         } else
543                                 ts->ts_slptime++;
544                         if (ts->ts_slptime > 1) {
545                                 thread_unlock(td);
546                                 continue;
547                         }
548                         ts->ts_estcpu = decay_cpu(loadfac, ts->ts_estcpu);
549                         resetpriority(td);
550                         resetpriority_thread(td);
551                         thread_unlock(td);
552                 }
553                 PROC_UNLOCK(p);
554         }
555         sx_sunlock(&allproc_lock);
556 }
557
558 /*
559  * Main loop for a kthread that executes schedcpu once a second.
560  */
561 static void
562 schedcpu_thread(void)
563 {
564
565         for (;;) {
566                 schedcpu();
567                 pause("-", hz);
568         }
569 }
570
571 /*
572  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
573  * For all load averages >= 1 and max ts_estcpu of 255, sleeping for at
574  * least six times the loadfactor will decay ts_estcpu to zero.
575  */
576 static void
577 updatepri(struct thread *td)
578 {
579         struct td_sched *ts;
580         fixpt_t loadfac;
581         unsigned int newcpu;
582
583         ts = td_get_sched(td);
584         loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
585         if (ts->ts_slptime > 5 * loadfac)
586                 ts->ts_estcpu = 0;
587         else {
588                 newcpu = ts->ts_estcpu;
589                 ts->ts_slptime--;       /* was incremented in schedcpu() */
590                 while (newcpu && --ts->ts_slptime)
591                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
592                 ts->ts_estcpu = newcpu;
593         }
594 }
595
596 /*
597  * Compute the priority of a process when running in user mode.
598  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
599  * than that of the current process.
600  */
601 static void
602 resetpriority(struct thread *td)
603 {
604         u_int newpriority;
605
606         if (td->td_pri_class != PRI_TIMESHARE)
607                 return;
608         newpriority = PUSER +
609             td_get_sched(td)->ts_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
610             NICE_WEIGHT * (td->td_proc->p_nice - PRIO_MIN);
611         newpriority = min(max(newpriority, PRI_MIN_TIMESHARE),
612             PRI_MAX_TIMESHARE);
613         sched_user_prio(td, newpriority);
614 }
615
616 /*
617  * Update the thread's priority when the associated process's user
618  * priority changes.
619  */
620 static void
621 resetpriority_thread(struct thread *td)
622 {
623
624         /* Only change threads with a time sharing user priority. */
625         if (td->td_priority < PRI_MIN_TIMESHARE ||
626             td->td_priority > PRI_MAX_TIMESHARE)
627                 return;
628
629         /* XXX the whole needresched thing is broken, but not silly. */
630         maybe_resched(td);
631
632         sched_prio(td, td->td_user_pri);
633 }
634
635 /* ARGSUSED */
636 static void
637 sched_setup(void *dummy)
638 {
639
640         setup_runqs();
641
642         /* Account for thread0. */
643         sched_load_add();
644 }
645
646 /*
647  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
648  */
649 static void
650 sched_initticks(void *dummy)
651 {
652
653         realstathz = stathz ? stathz : hz;
654         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
655         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
656             realstathz);
657 }
658
659 /* External interfaces start here */
660
661 /*
662  * Very early in the boot some setup of scheduler-specific
663  * parts of proc0 and of some scheduler resources needs to be done.
664  * Called from:
665  *  proc0_init()
666  */
667 void
668 schedinit(void)
669 {
670
671         /*
672          * Set up the scheduler specific parts of thread0.
673          */
674         thread0.td_lock = &sched_lock;
675         td_get_sched(&thread0)->ts_slice = sched_slice;
676         mtx_init(&sched_lock, "sched lock", NULL, MTX_SPIN);
677 }
678
679 void
680 schedinit_ap(void)
681 {
682
683         /* Nothing needed. */
684 }
685
686 int
687 sched_runnable(void)
688 {
689 #ifdef SMP
690         return runq_check(&runq) + runq_check(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
691 #else
692         return runq_check(&runq);
693 #endif
694 }
695
696 int
697 sched_rr_interval(void)
698 {
699
700         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
701         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
702 }
703
704 SCHED_STAT_DEFINE(ithread_demotions, "Interrupt thread priority demotions");
705 SCHED_STAT_DEFINE(ithread_preemptions,
706     "Interrupt thread preemptions due to time-sharing");
707
708 /*
709  * We adjust the priority of the current process.  The priority of a
710  * process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
711  * estimator (ts_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
712  * compute a different priority each time ts_estcpu increases by
713  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT (until PRI_MAX_TIMESHARE is reached).  The
714  * cpu usage estimator ramps up quite quickly when the process is
715  * running (linearly), and decays away exponentially, at a rate which
716  * is proportionally slower when the system is busy.  The basic
717  * principle is that the system will 90% forget that the process used
718  * a lot of CPU time in 5 * loadav seconds.  This causes the system to
719  * favor processes which haven't run much recently, and to round-robin
720  * among other processes.
721  */
722 static void
723 sched_clock_tick(struct thread *td)
724 {
725         struct pcpuidlestat *stat;
726         struct td_sched *ts;
727
728         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
729         ts = td_get_sched(td);
730
731         ts->ts_cpticks++;
732         ts->ts_estcpu = ESTCPULIM(ts->ts_estcpu + 1);
733         if ((ts->ts_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
734                 resetpriority(td);
735                 resetpriority_thread(td);
736         }
737
738         /*
739          * Force a context switch if the current thread has used up a full
740          * time slice (default is 100ms).
741          */
742         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
743                 ts->ts_slice = sched_slice;
744
745                 /*
746                  * If an ithread uses a full quantum, demote its
747                  * priority and preempt it.
748                  */
749                 if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD) {
750                         SCHED_STAT_INC(ithread_preemptions);
751                         td->td_owepreempt = 1;
752                         if (td->td_base_pri + RQ_PPQ < PRI_MAX_ITHD) {
753                                 SCHED_STAT_INC(ithread_demotions);
754                                 sched_prio(td, td->td_base_pri + RQ_PPQ);
755                         }
756                 } else {
757                         td->td_flags |= TDF_SLICEEND;
758                         ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
759                 }
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                 ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
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                 return;
986
987         thread_lock(td);
988         sched_lend_user_prio(td, prio);
989         thread_unlock(td);
990 }
991
992 void
993 sched_sleep(struct thread *td, int pri)
994 {
995
996         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
997         td->td_slptick = ticks;
998         td_get_sched(td)->ts_slptime = 0;
999         if (pri != 0 && PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
1000                 sched_prio(td, pri);
1001         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || pri >= PSOCK)
1002                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1003 }
1004
1005 void
1006 sched_switch(struct thread *td, int flags)
1007 {
1008         struct thread *newtd;
1009         struct mtx *tmtx;
1010         int preempted;
1011
1012         tmtx = &sched_lock;
1013
1014         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1015
1016         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1017         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
1018             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
1019         td->td_flags &= ~TDF_SLICEEND;
1020         ast_unsched_locked(td, TDA_SCHED);
1021         td->td_owepreempt = 0;
1022         td->td_oncpu = NOCPU;
1023
1024         /*
1025          * At the last moment, if this thread is still marked RUNNING,
1026          * then put it back on the run queue as it has not been suspended
1027          * or stopped or any thing else similar.  We never put the idle
1028          * threads on the run queue, however.
1029          */
1030         if (td->td_flags & TDF_IDLETD) {
1031                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1032 #ifdef SMP
1033                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1034 #endif
1035         } else {
1036                 if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1037                         /* Put us back on the run queue. */
1038                         sched_add(td, SRQ_HOLDTD | SRQ_OURSELF | SRQ_YIELDING |
1039                             (preempted ? SRQ_PREEMPTED : 0));
1040                 }
1041         }
1042
1043         /* 
1044          * Switch to the sched lock to fix things up and pick
1045          * a new thread.  Block the td_lock in order to avoid
1046          * breaking the critical path.
1047          */
1048         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1049                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1050                 tmtx = thread_lock_block(td);
1051                 mtx_unlock_spin(tmtx);
1052         }
1053
1054         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1055                 sched_load_rem();
1056
1057         newtd = choosethread();
1058         MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
1059
1060 #if (KTR_COMPILE & KTR_SCHED) != 0
1061         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
1062                 KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "idle",
1063                     "prio:%d", td->td_priority);
1064         else
1065                 KTR_STATE3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), KTDSTATE(td),
1066                     "prio:%d", td->td_priority, "wmesg:\"%s\"", td->td_wmesg,
1067                     "lockname:\"%s\"", td->td_lockname);
1068 #endif
1069
1070         if (td != newtd) {
1071 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1072                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1073                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1074 #endif
1075
1076                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1077
1078                 /* I feel sleepy */
1079                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object, true);
1080 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1081                 /*
1082                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1083                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1084                  * function to call.
1085                  */
1086                 if (dtrace_vtime_active)
1087                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1088 #endif
1089
1090                 cpu_switch(td, newtd, tmtx);
1091                 lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object, true,
1092                     0, 0, __FILE__, __LINE__);
1093                 /*
1094                  * Where am I?  What year is it?
1095                  * We are in the same thread that went to sleep above,
1096                  * but any amount of time may have passed. All our context
1097                  * will still be available as will local variables.
1098                  * PCPU values however may have changed as we may have
1099                  * changed CPU so don't trust cached values of them.
1100                  * New threads will go to fork_exit() instead of here
1101                  * so if you change things here you may need to change
1102                  * things there too.
1103                  *
1104                  * If the thread above was exiting it will never wake
1105                  * up again here, so either it has saved everything it
1106                  * needed to, or the thread_wait() or wait() will
1107                  * need to reap it.
1108                  */
1109
1110                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1111 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1112                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1113                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1114 #endif
1115         } else {
1116                 td->td_lock = &sched_lock;
1117                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1118         }
1119
1120         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1121             "prio:%d", td->td_priority);
1122
1123 #ifdef SMP
1124         if (td->td_flags & TDF_IDLETD)
1125                 CPU_SET(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1126 #endif
1127         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1128         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1129         spinlock_enter();
1130         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1131 }
1132
1133 void
1134 sched_wakeup(struct thread *td, int srqflags)
1135 {
1136         struct td_sched *ts;
1137
1138         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1139         ts = td_get_sched(td);
1140         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1141         if (ts->ts_slptime > 1) {
1142                 updatepri(td);
1143                 resetpriority(td);
1144         }
1145         td->td_slptick = 0;
1146         ts->ts_slptime = 0;
1147         ts->ts_slice = sched_slice;
1148
1149         /*
1150          * When resuming an idle ithread, restore its base ithread
1151          * priority.
1152          */
1153         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD &&
1154             td->td_base_pri != td->td_base_ithread_pri)
1155                 sched_prio(td, td->td_base_ithread_pri);
1156
1157         sched_add(td, srqflags);
1158 }
1159
1160 #ifdef SMP
1161 static int
1162 forward_wakeup(int cpunum)
1163 {
1164         struct pcpu *pc;
1165         cpuset_t dontuse, map, map2;
1166         u_int id, me;
1167         int iscpuset;
1168
1169         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1170
1171         CTR0(KTR_RUNQ, "forward_wakeup()");
1172
1173         if ((!forward_wakeup_enabled) ||
1174              (forward_wakeup_use_mask == 0 && forward_wakeup_use_loop == 0))
1175                 return (0);
1176         if (!smp_started || KERNEL_PANICKED())
1177                 return (0);
1178
1179         forward_wakeups_requested++;
1180
1181         /*
1182          * Check the idle mask we received against what we calculated
1183          * before in the old version.
1184          */
1185         me = PCPU_GET(cpuid);
1186
1187         /* Don't bother if we should be doing it ourself. */
1188         if (CPU_ISSET(me, &idle_cpus_mask) &&
1189             (cpunum == NOCPU || me == cpunum))
1190                 return (0);
1191
1192         CPU_SETOF(me, &dontuse);
1193         CPU_OR(&dontuse, &dontuse, &stopped_cpus);
1194         CPU_OR(&dontuse, &dontuse, &hlt_cpus_mask);
1195         CPU_ZERO(&map2);
1196         if (forward_wakeup_use_loop) {
1197                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1198                         id = pc->pc_cpuid;
1199                         if (!CPU_ISSET(id, &dontuse) &&
1200                             pc->pc_curthread == pc->pc_idlethread) {
1201                                 CPU_SET(id, &map2);
1202                         }
1203                 }
1204         }
1205
1206         if (forward_wakeup_use_mask) {
1207                 map = idle_cpus_mask;
1208                 CPU_ANDNOT(&map, &map, &dontuse);
1209
1210                 /* If they are both on, compare and use loop if different. */
1211                 if (forward_wakeup_use_loop) {
1212                         if (CPU_CMP(&map, &map2)) {
1213                                 printf("map != map2, loop method preferred\n");
1214                                 map = map2;
1215                         }
1216                 }
1217         } else {
1218                 map = map2;
1219         }
1220
1221         /* If we only allow a specific CPU, then mask off all the others. */
1222         if (cpunum != NOCPU) {
1223                 KASSERT((cpunum <= mp_maxcpus),("forward_wakeup: bad cpunum."));
1224                 iscpuset = CPU_ISSET(cpunum, &map);
1225                 if (iscpuset == 0)
1226                         CPU_ZERO(&map);
1227                 else
1228                         CPU_SETOF(cpunum, &map);
1229         }
1230         if (!CPU_EMPTY(&map)) {
1231                 forward_wakeups_delivered++;
1232                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1233                         id = pc->pc_cpuid;
1234                         if (!CPU_ISSET(id, &map))
1235                                 continue;
1236                         if (cpu_idle_wakeup(pc->pc_cpuid))
1237                                 CPU_CLR(id, &map);
1238                 }
1239                 if (!CPU_EMPTY(&map))
1240                         ipi_selected(map, IPI_AST);
1241                 return (1);
1242         }
1243         if (cpunum == NOCPU)
1244                 printf("forward_wakeup: Idle processor not found\n");
1245         return (0);
1246 }
1247
1248 static void
1249 kick_other_cpu(int pri, int cpuid)
1250 {
1251         struct pcpu *pcpu;
1252         int cpri;
1253
1254         pcpu = pcpu_find(cpuid);
1255         if (CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask)) {
1256                 forward_wakeups_delivered++;
1257                 if (!cpu_idle_wakeup(cpuid))
1258                         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1259                 return;
1260         }
1261
1262         cpri = pcpu->pc_curthread->td_priority;
1263         if (pri >= cpri)
1264                 return;
1265
1266 #if defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION)
1267 #if !defined(FULL_PREEMPTION)
1268         if (pri <= PRI_MAX_ITHD)
1269 #endif /* ! FULL_PREEMPTION */
1270         {
1271                 ipi_cpu(cpuid, IPI_PREEMPT);
1272                 return;
1273         }
1274 #endif /* defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION) */
1275
1276         if (pcpu->pc_curthread->td_lock == &sched_lock) {
1277                 ast_sched_locked(pcpu->pc_curthread, TDA_SCHED);
1278                 ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1279         }
1280 }
1281 #endif /* SMP */
1282
1283 #ifdef SMP
1284 static int
1285 sched_pickcpu(struct thread *td)
1286 {
1287         int best, cpu;
1288
1289         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1290
1291         if (td->td_lastcpu != NOCPU && THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_lastcpu))
1292                 best = td->td_lastcpu;
1293         else
1294                 best = NOCPU;
1295         CPU_FOREACH(cpu) {
1296                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1297                         continue;
1298
1299                 if (best == NOCPU)
1300                         best = cpu;
1301                 else if (runq_length[cpu] < runq_length[best])
1302                         best = cpu;
1303         }
1304         KASSERT(best != NOCPU, ("no valid CPUs"));
1305
1306         return (best);
1307 }
1308 #endif
1309
1310 void
1311 sched_add(struct thread *td, int flags)
1312 #ifdef SMP
1313 {
1314         cpuset_t tidlemsk;
1315         struct td_sched *ts;
1316         u_int cpu, cpuid;
1317         int forwarded = 0;
1318         int single_cpu = 0;
1319
1320         ts = td_get_sched(td);
1321         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1322         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1323             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1324         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1325             ("sched_add: bad thread state"));
1326         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1327             ("sched_add: thread swapped out"));
1328
1329         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1330             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1331             sched_tdname(curthread));
1332         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1333             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1334         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1335             flags & SRQ_PREEMPTED);
1336
1337         /*
1338          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1339          * to the scheduler's lock.
1340          */
1341         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1342                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1343                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
1344                         td->td_lock = &sched_lock;
1345                 else
1346                         thread_lock_set(td, &sched_lock);
1347         }
1348         TD_SET_RUNQ(td);
1349
1350         /*
1351          * If SMP is started and the thread is pinned or otherwise limited to
1352          * a specific set of CPUs, queue the thread to a per-CPU run queue.
1353          * Otherwise, queue the thread to the global run queue.
1354          *
1355          * If SMP has not yet been started we must use the global run queue
1356          * as per-CPU state may not be initialized yet and we may crash if we
1357          * try to access the per-CPU run queues.
1358          */
1359         if (smp_started && (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND ||
1360             ts->ts_flags & TSF_AFFINITY)) {
1361                 if (td->td_pinned != 0)
1362                         cpu = td->td_lastcpu;
1363                 else if (td->td_flags & TDF_BOUND) {
1364                         /* Find CPU from bound runq. */
1365                         KASSERT(SKE_RUNQ_PCPU(ts),
1366                             ("sched_add: bound td_sched not on cpu runq"));
1367                         cpu = ts->ts_runq - &runq_pcpu[0];
1368                 } else
1369                         /* Find a valid CPU for our cpuset */
1370                         cpu = sched_pickcpu(td);
1371                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1372                 single_cpu = 1;
1373                 CTR3(KTR_RUNQ,
1374                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1375                     cpu);
1376         } else {
1377                 CTR2(KTR_RUNQ,
1378                     "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to gbl runq", ts,
1379                     td);
1380                 cpu = NOCPU;
1381                 ts->ts_runq = &runq;
1382         }
1383
1384         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1385                 sched_load_add();
1386         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1387         if (cpu != NOCPU)
1388                 runq_length[cpu]++;
1389
1390         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1391         if (single_cpu && cpu != cpuid) {
1392                 kick_other_cpu(td->td_priority, cpu);
1393         } else {
1394                 if (!single_cpu) {
1395                         tidlemsk = idle_cpus_mask;
1396                         CPU_ANDNOT(&tidlemsk, &tidlemsk, &hlt_cpus_mask);
1397                         CPU_CLR(cpuid, &tidlemsk);
1398
1399                         if (!CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask) &&
1400                             ((flags & SRQ_INTR) == 0) &&
1401                             !CPU_EMPTY(&tidlemsk))
1402                                 forwarded = forward_wakeup(cpu);
1403                 }
1404
1405                 if (!forwarded) {
1406                         if (!maybe_preempt(td))
1407                                 maybe_resched(td);
1408                 }
1409         }
1410         if ((flags & SRQ_HOLDTD) == 0)
1411                 thread_unlock(td);
1412 }
1413 #else /* SMP */
1414 {
1415         struct td_sched *ts;
1416
1417         ts = td_get_sched(td);
1418         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1419         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1420             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1421         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1422             ("sched_add: bad thread state"));
1423         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1424             ("sched_add: thread swapped out"));
1425         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1426             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1427             sched_tdname(curthread));
1428         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1429             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1430         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
1431             flags & SRQ_PREEMPTED);
1432
1433         /*
1434          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1435          * to the scheduler's lock.
1436          */
1437         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1438                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1439                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
1440                         td->td_lock = &sched_lock;
1441                 else
1442                         thread_lock_set(td, &sched_lock);
1443         }
1444         TD_SET_RUNQ(td);
1445         CTR2(KTR_RUNQ, "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to runq", ts, td);
1446         ts->ts_runq = &runq;
1447
1448         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1449                 sched_load_add();
1450         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1451         if (!maybe_preempt(td))
1452                 maybe_resched(td);
1453         if ((flags & SRQ_HOLDTD) == 0)
1454                 thread_unlock(td);
1455 }
1456 #endif /* SMP */
1457
1458 void
1459 sched_rem(struct thread *td)
1460 {
1461         struct td_sched *ts;
1462
1463         ts = td_get_sched(td);
1464         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1465             ("sched_rem: thread swapped out"));
1466         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
1467             ("sched_rem: thread not on run queue"));
1468         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1469         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
1470             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1471             sched_tdname(curthread));
1472         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
1473
1474         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1475                 sched_load_rem();
1476 #ifdef SMP
1477         if (ts->ts_runq != &runq)
1478                 runq_length[ts->ts_runq - runq_pcpu]--;
1479 #endif
1480         runq_remove(ts->ts_runq, td);
1481         TD_SET_CAN_RUN(td);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Select threads to run.  Note that running threads still consume a
1486  * slot.
1487  */
1488 struct thread *
1489 sched_choose(void)
1490 {
1491         struct thread *td;
1492         struct runq *rq;
1493
1494         mtx_assert(&sched_lock,  MA_OWNED);
1495 #ifdef SMP
1496         struct thread *tdcpu;
1497
1498         rq = &runq;
1499         td = runq_choose_fuzz(&runq, runq_fuzz);
1500         tdcpu = runq_choose(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
1501
1502         if (td == NULL ||
1503             (tdcpu != NULL &&
1504              tdcpu->td_priority < td->td_priority)) {
1505                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosing td %p from pcpu runq %d", tdcpu,
1506                      PCPU_GET(cpuid));
1507                 td = tdcpu;
1508                 rq = &runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1509         } else {
1510                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosing td_sched %p from main runq", td);
1511         }
1512
1513 #else
1514         rq = &runq;
1515         td = runq_choose(&runq);
1516 #endif
1517
1518         if (td) {
1519 #ifdef SMP
1520                 if (td == tdcpu)
1521                         runq_length[PCPU_GET(cpuid)]--;
1522 #endif
1523                 runq_remove(rq, td);
1524                 td->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1525
1526                 KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1527                     ("sched_choose: thread swapped out"));
1528                 return (td);
1529         }
1530         return (PCPU_GET(idlethread));
1531 }
1532
1533 void
1534 sched_preempt(struct thread *td)
1535 {
1536         int flags;
1537
1538         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
1539         if (td->td_critnest > 1) {
1540                 td->td_owepreempt = 1;
1541         } else {
1542                 thread_lock(td);
1543                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
1544                 flags |= TD_IS_IDLETHREAD(td) ? SWT_REMOTEWAKEIDLE :
1545                     SWT_REMOTEPREEMPT;
1546                 mi_switch(flags);
1547         }
1548 }
1549
1550 void
1551 sched_userret_slowpath(struct thread *td)
1552 {
1553
1554         thread_lock(td);
1555         td->td_priority = td->td_user_pri;
1556         td->td_base_pri = td->td_user_pri;
1557         thread_unlock(td);
1558 }
1559
1560 void
1561 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
1562 {
1563 #ifdef SMP
1564         struct td_sched *ts = td_get_sched(td);
1565 #endif
1566
1567         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1568         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
1569
1570         td->td_flags |= TDF_BOUND;
1571 #ifdef SMP
1572         ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1573         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
1574                 return;
1575
1576         mi_switch(SW_VOL | SWT_BIND);
1577         thread_lock(td);
1578 #endif
1579 }
1580
1581 void
1582 sched_unbind(struct thread* td)
1583 {
1584         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1585         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
1586         td->td_flags &= ~TDF_BOUND;
1587 }
1588
1589 int
1590 sched_is_bound(struct thread *td)
1591 {
1592         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1593         return (td->td_flags & TDF_BOUND);
1594 }
1595
1596 void
1597 sched_relinquish(struct thread *td)
1598 {
1599         thread_lock(td);
1600         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH);
1601 }
1602
1603 int
1604 sched_load(void)
1605 {
1606         return (sched_tdcnt);
1607 }
1608
1609 int
1610 sched_sizeof_proc(void)
1611 {
1612         return (sizeof(struct proc));
1613 }
1614
1615 int
1616 sched_sizeof_thread(void)
1617 {
1618         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
1619 }
1620
1621 fixpt_t
1622 sched_pctcpu(struct thread *td)
1623 {
1624         struct td_sched *ts;
1625
1626         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1627         ts = td_get_sched(td);
1628         return (ts->ts_pctcpu);
1629 }
1630
1631 #ifdef RACCT
1632 /*
1633  * Calculates the contribution to the thread cpu usage for the latest
1634  * (unfinished) second.
1635  */
1636 fixpt_t
1637 sched_pctcpu_delta(struct thread *td)
1638 {
1639         struct td_sched *ts;
1640         fixpt_t delta;
1641         int realstathz;
1642
1643         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1644         ts = td_get_sched(td);
1645         delta = 0;
1646         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1647         if (ts->ts_cpticks != 0) {
1648 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
1649                 delta = (realstathz == 100)
1650                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
1651                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
1652                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
1653                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
1654 #else
1655                 delta = ((FSCALE - ccpu) *
1656                     (ts->ts_cpticks *
1657                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
1658 #endif
1659         }
1660
1661         return (delta);
1662 }
1663 #endif
1664
1665 u_int
1666 sched_estcpu(struct thread *td)
1667 {
1668
1669         return (td_get_sched(td)->ts_estcpu);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * The actual idle process.
1674  */
1675 void
1676 sched_idletd(void *dummy)
1677 {
1678         struct pcpuidlestat *stat;
1679
1680         THREAD_NO_SLEEPING();
1681         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
1682         for (;;) {
1683                 mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
1684
1685                 while (sched_runnable() == 0) {
1686                         cpu_idle(stat->idlecalls + stat->oldidlecalls > 64);
1687                         stat->idlecalls++;
1688                 }
1689
1690                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1691                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1692         }
1693 }
1694
1695 static void
1696 sched_throw_tail(struct thread *td)
1697 {
1698
1699         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1700         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
1701         cpu_throw(td, choosethread());  /* doesn't return */
1702 }
1703
1704 /*
1705  * A CPU is entering for the first time.
1706  */
1707 void
1708 sched_ap_entry(void)
1709 {
1710
1711         /*
1712          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
1713          * borrowing was created so that it would start out with a single
1714          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
1715          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
1716          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
1717          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
1718          * spin lock using code to interrupt us.
1719          */
1720         mtx_lock_spin(&sched_lock);
1721         spinlock_exit();
1722         PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
1723         PCPU_SET(switchticks, ticks);
1724
1725         sched_throw_tail(NULL);
1726 }
1727
1728 /*
1729  * A thread is exiting.
1730  */
1731 void
1732 sched_throw(struct thread *td)
1733 {
1734
1735         MPASS(td != NULL);
1736         MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1737
1738         lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object, true);
1739         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1740         td->td_oncpu = NOCPU;
1741
1742         sched_throw_tail(td);
1743 }
1744
1745 void
1746 sched_fork_exit(struct thread *td)
1747 {
1748
1749         /*
1750          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
1751          * non-nested critical section with sched_lock held but not recursed.
1752          */
1753         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1754         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1755         lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object, true,
1756             0, 0, __FILE__, __LINE__);
1757         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1758
1759         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
1760             "prio:%d", td->td_priority);
1761         SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1762 }
1763
1764 char *
1765 sched_tdname(struct thread *td)
1766 {
1767 #ifdef KTR
1768         struct td_sched *ts;
1769
1770         ts = td_get_sched(td);
1771         if (ts->ts_name[0] == '\0')
1772                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
1773                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
1774         return (ts->ts_name);
1775 #else   
1776         return (td->td_name);
1777 #endif
1778 }
1779
1780 #ifdef KTR
1781 void
1782 sched_clear_tdname(struct thread *td)
1783 {
1784         struct td_sched *ts;
1785
1786         ts = td_get_sched(td);
1787         ts->ts_name[0] = '\0';
1788 }
1789 #endif
1790
1791 void
1792 sched_affinity(struct thread *td)
1793 {
1794 #ifdef SMP
1795         struct td_sched *ts;
1796         int cpu;
1797
1798         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);       
1799
1800         /*
1801          * Set the TSF_AFFINITY flag if there is at least one CPU this
1802          * thread can't run on.
1803          */
1804         ts = td_get_sched(td);
1805         ts->ts_flags &= ~TSF_AFFINITY;
1806         CPU_FOREACH(cpu) {
1807                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)) {
1808                         ts->ts_flags |= TSF_AFFINITY;
1809                         break;
1810                 }
1811         }
1812
1813         /*
1814          * If this thread can run on all CPUs, nothing else to do.
1815          */
1816         if (!(ts->ts_flags & TSF_AFFINITY))
1817                 return;
1818
1819         /* Pinned threads and bound threads should be left alone. */
1820         if (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND)
1821                 return;
1822
1823         switch (TD_GET_STATE(td)) {
1824         case TDS_RUNQ:
1825                 /*
1826                  * If we are on a per-CPU runqueue that is in the set,
1827                  * then nothing needs to be done.
1828                  */
1829                 if (ts->ts_runq != &runq &&
1830                     THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_runq - runq_pcpu))
1831                         return;
1832
1833                 /* Put this thread on a valid per-CPU runqueue. */
1834                 sched_rem(td);
1835                 sched_add(td, SRQ_HOLDTD | SRQ_BORING);
1836                 break;
1837         case TDS_RUNNING:
1838                 /*
1839                  * See if our current CPU is in the set.  If not, force a
1840                  * context switch.
1841                  */
1842                 if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_oncpu))
1843                         return;
1844
1845                 ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
1846                 if (td != curthread)
1847                         ipi_cpu(cpu, IPI_AST);
1848                 break;
1849         default:
1850                 break;
1851         }
1852 #endif
1853 }