]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
Update the ULE scheduler + thread and kinfo structs to use int for cpuid
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_sched.h"
43
44 #include <sys/param.h>
45 #include <sys/systm.h>
46 #include <sys/kdb.h>
47 #include <sys/kernel.h>
48 #include <sys/ktr.h>
49 #include <sys/limits.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtx.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int                             dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #define KTR_ULE 0
81
82 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
83 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
84 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
85
86 /*
87  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
88  * by the thread lock.
89  */
90 struct td_sched {       
91         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
92         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
93         int             ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
94         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
95         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
96         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
97         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
98         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
99         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
100         int             ts_ticks;       /* Tick count */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105 /* flags kept in ts_flags */
106 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
107 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
108
109 static struct td_sched td_sched0;
110
111 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
112 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
113     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
114
115 /*
116  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
117  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
118  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
119  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
120  * ranges supporting nice values.
121  */
122 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
123 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
124 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
125
126 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
127 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
128 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
129 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
130
131 /*
132  * Cpu percentage computation macros and defines.
133  *
134  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
135  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
136  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
137  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
138  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
139  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
140  */
141 #define SCHED_TICK_SECS         10
142 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
143 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
144 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
145 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
146 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
147
148 /*
149  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
150  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
151  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
152  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
153  * or positive nice respectively.
154  *
155  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
156  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
157  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
158  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
159  */
160 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
161 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
162 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
163 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
164 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
165 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
166     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
167     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
168 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
169
170 /*
171  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
172  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
173  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
174  * models the intent of the thread.
175  *
176  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
177  *              before throttling back.
178  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
179  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
180  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
181  */
182 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
183 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
184 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
185 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
186 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
187
188 /*
189  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
190  */
191 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
192 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
193
194 /* Flags kept in td_flags. */
195 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
196
197 /*
198  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
199  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
200  *                      due to rounding would be unacceptably high.
201  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
202  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
203  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
204  */
205 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
206 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
207 static int realstathz = 127;    /* reset during boot. */
208 static int sched_slice = 10;    /* reset during boot. */
209 static int sched_slice_min = 1; /* reset during boot. */
210 #ifdef PREEMPTION
211 #ifdef FULL_PREEMPTION
212 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
213 #else
214 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
215 #endif
216 #else 
217 static int preempt_thresh = 0;
218 #endif
219 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
220 static int sched_idlespins = 10000;
221 static int sched_idlespinthresh = -1;
222
223 /*
224  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
225  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
226  * locking in sched_pickcpu();
227  */
228 struct tdq {
229         /* 
230          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
231          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
232          * tdq_cpu_idle.
233          */
234         struct mtx_padalign tdq_lock;           /* run queue lock. */
235         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
236         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
237         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
238         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
239         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
240         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
241         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
242         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
243         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
244         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
245         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
246         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
247         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
248         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
249         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
250 #ifdef KTR
251         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
252 #endif
253 } __aligned(64);
254
255 /* Idle thread states and config. */
256 #define TDQ_RUNNING     1
257 #define TDQ_IDLE        2
258
259 #ifdef SMP
260 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
261
262 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
263 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
264
265 /*
266  * Run-time tunables.
267  */
268 static int rebalance = 1;
269 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
270 static int affinity;
271 static int steal_idle = 1;
272 static int steal_thresh = 2;
273
274 /*
275  * One thread queue per processor.
276  */
277 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
278 static struct tdq       *balance_tdq;
279 static int balance_ticks;
280 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
281
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
284 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
285 #else   /* !SMP */
286 static struct tdq       tdq_cpu;
287
288 #define TDQ_ID(x)       (0)
289 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
290 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
291 #endif
292
293 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
294 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
295 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
296 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
297 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
298
299 static void sched_priority(struct thread *);
300 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
301 static int sched_interact_score(struct thread *);
302 static void sched_interact_update(struct thread *);
303 static void sched_interact_fork(struct thread *);
304 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
305
306 /* Operations on per processor queues */
307 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
308 static void tdq_setup(struct tdq *);
309 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
310 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
311 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
312 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
313 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
314 void tdq_print(int cpu);
315 static void runq_print(struct runq *rq);
316 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
317 #ifdef SMP
318 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
319 static int tdq_idled(struct tdq *);
320 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
321 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
322 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
323 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
324 static void sched_balance(void);
325 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
326 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
327 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
328 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
329 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
330 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
331     struct cpu_group *cg, int indent);
332 #endif
333
334 static void sched_setup(void *dummy);
335 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
336
337 static void sched_initticks(void *dummy);
338 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
339     NULL);
340
341 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
342
343 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
344     "struct proc *", "uint8_t");
345 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
346     "struct proc *", "void *");
347 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
348     "struct proc *", "void *", "int");
349 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
350     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
351 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
352 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
353     "struct proc *");
354 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
355 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
356 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
357     "struct proc *");
358
359 /*
360  * Print the threads waiting on a run-queue.
361  */
362 static void
363 runq_print(struct runq *rq)
364 {
365         struct rqhead *rqh;
366         struct thread *td;
367         int pri;
368         int j;
369         int i;
370
371         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
372                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
373                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
374                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
375                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
376                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
377                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
378                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
379                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
380                                             td, td->td_name, td->td_priority,
381                                             td->td_rqindex, pri);
382                                 }
383                         }
384         }
385 }
386
387 /*
388  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
389  */
390 void
391 tdq_print(int cpu)
392 {
393         struct tdq *tdq;
394
395         tdq = TDQ_CPU(cpu);
396
397         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
398         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
399         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
400         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
401         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
402         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
403         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
404         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
405         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
406         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
407         printf("\trealtime runq:\n");
408         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
409         printf("\ttimeshare runq:\n");
410         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
411         printf("\tidle runq:\n");
412         runq_print(&tdq->tdq_idle);
413 }
414
415 static inline int
416 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
417 {
418         /*
419          * If the new priority is not better than the current priority there is
420          * nothing to do.
421          */
422         if (pri >= cpri)
423                 return (0);
424         /*
425          * Always preempt idle.
426          */
427         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
428                 return (1);
429         /*
430          * If preemption is disabled don't preempt others.
431          */
432         if (preempt_thresh == 0)
433                 return (0);
434         /*
435          * Preempt if we exceed the threshold.
436          */
437         if (pri <= preempt_thresh)
438                 return (1);
439         /*
440          * If we're interactive or better and there is non-interactive
441          * or worse running preempt only remote processors.
442          */
443         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
444                 return (1);
445         return (0);
446 }
447
448 /*
449  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
450  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
451  * queue position for timeshare threads.
452  */
453 static __inline void
454 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
455 {
456         struct td_sched *ts;
457         u_char pri;
458
459         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
460         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
461
462         pri = td->td_priority;
463         ts = td->td_sched;
464         TD_SET_RUNQ(td);
465         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
466                 tdq->tdq_transferable++;
467                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
468         }
469         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
470                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
471         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
472                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
473                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
474                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
475                 /*
476                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
477                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
478                  */
479                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
480                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
481                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
482                         /*
483                          * This effectively shortens the queue by one so we
484                          * can have a one slot difference between idx and
485                          * ridx while we wait for threads to drain.
486                          */
487                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
488                             pri == tdq->tdq_ridx)
489                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
490                 } else
491                         pri = tdq->tdq_ridx;
492                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
493                 return;
494         } else
495                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
496         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
497 }
498
499 /* 
500  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
501  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
502  * transferable count does not reflect them.
503  */
504 static __inline void
505 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
506 {
507         struct td_sched *ts;
508
509         ts = td->td_sched;
510         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
511         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
512             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
513         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
514                 tdq->tdq_transferable--;
515                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
516         }
517         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
518                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
519                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
520                 else
521                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
522         } else
523                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
524 }
525
526 /*
527  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
528  * for this thread to the referenced thread queue.
529  */
530 static void
531 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
532 {
533
534         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
535         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
536
537         tdq->tdq_load++;
538         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
539                 tdq->tdq_sysload++;
540         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
541         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
542 }
543
544 /*
545  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
546  * exiting.
547  */
548 static void
549 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
550 {
551
552         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
553         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
554         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
555             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
556
557         tdq->tdq_load--;
558         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
559                 tdq->tdq_sysload--;
560         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
561         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
562 }
563
564 /*
565  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
566  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
567  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
568  * no less than sched_slice_min runtime.
569  */
570 static inline int
571 tdq_slice(struct tdq *tdq)
572 {
573         int load;
574
575         /*
576          * It is safe to use sys_load here because this is called from
577          * contexts where timeshare threads are running and so there
578          * cannot be higher priority load in the system.
579          */
580         load = tdq->tdq_sysload - 1;
581         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
582                 return (sched_slice_min);
583         if (load <= 1)
584                 return (sched_slice);
585         return (sched_slice / load);
586 }
587
588 /*
589  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
590  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
591  */
592 static void
593 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
594 {
595         struct thread *td;
596
597         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
598         if (ctd == NULL)
599                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
600         td = tdq_choose(tdq);
601         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
602                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
603         else
604                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
605 }
606
607 #ifdef SMP
608 struct cpu_search {
609         cpuset_t cs_mask;
610         u_int   cs_prefer;
611         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
612         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
613         int     cs_cpu;
614         int     cs_load;
615 };
616
617 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
618 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
619 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
620
621 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
622         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
623                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
624
625 static __always_inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg,
626     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high, const int match);
627 int __noinline cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg,
628     struct cpu_search *low);
629 int __noinline cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg,
630     struct cpu_search *high);
631 int __noinline cpu_search_both(const struct cpu_group *cg,
632     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high);
633
634 /*
635  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
636  * according to the match argument.  This routine actually compares the
637  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
638  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
639  * the system.  This balances work among caches and busses.
640  *
641  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
642  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
643  * also recursive to the depth of the tree.
644  */
645 static __always_inline int
646 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
647     struct cpu_search *high, const int match)
648 {
649         struct cpu_search lgroup;
650         struct cpu_search hgroup;
651         cpuset_t cpumask;
652         struct cpu_group *child;
653         struct tdq *tdq;
654         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
655
656         total = 0;
657         cpumask = cg->cg_mask;
658         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
659                 lload = INT_MAX;
660                 lgroup = *low;
661         }
662         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
663                 hload = INT_MIN;
664                 hgroup = *high;
665         }
666
667         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
668         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
669                 if (i == 0) {
670 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
671                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
672 #else
673                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
674                                 cpu--;
675 #endif
676                         if (cpu < 0)
677                                 break;
678                         child = NULL;
679                 } else
680                         child = &cg->cg_child[i - 1];
681
682                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
683                         lgroup.cs_cpu = -1;
684                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
685                         hgroup.cs_cpu = -1;
686                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
687                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
688                         switch (match) {
689                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
690                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
691                                 break;
692                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
693                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
694                                 break;
695                         case CPU_SEARCH_BOTH:
696                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
697                                 break;
698                         }
699                 } else {                        /* Handle child CPU. */
700                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
701                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
702                         load = tdq->tdq_load * 256;
703                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
704                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
705                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
706                                 if (cpu == low->cs_prefer)
707                                         load -= 64;
708                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
709                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
710                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
711                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
712                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
713                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
714                                 }
715                         }
716                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
717                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
718                                     tdq->tdq_transferable &&
719                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
720                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
721                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
722                                 }
723                 }
724                 total += load;
725
726                 /* We have info about child item. Compare it. */
727                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
728                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
729                             (load < lload ||
730                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
731                                 lload = load;
732                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
733                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
734                         }
735                 }
736                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
737                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
738                             (load > hload ||
739                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
740                                 hload = load;
741                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
742                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
743                         }
744                 if (child) {
745                         i--;
746                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
747                                 break;
748                 }
749 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
750                 else
751                         cpu--;
752 #endif
753         }
754         return (total);
755 }
756
757 /*
758  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
759  * optimization.
760  */
761 int
762 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
763 {
764         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
765 }
766
767 int
768 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
769 {
770         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
771 }
772
773 int
774 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
775     struct cpu_search *high)
776 {
777         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
778 }
779
780 /*
781  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
782  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
783  * acceptable.
784  */
785 static inline int
786 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
787     int prefer)
788 {
789         struct cpu_search low;
790
791         low.cs_cpu = -1;
792         low.cs_prefer = prefer;
793         low.cs_mask = mask;
794         low.cs_pri = pri;
795         low.cs_limit = maxload;
796         cpu_search_lowest(cg, &low);
797         return low.cs_cpu;
798 }
799
800 /*
801  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
802  */
803 static inline int
804 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
805 {
806         struct cpu_search high;
807
808         high.cs_cpu = -1;
809         high.cs_mask = mask;
810         high.cs_limit = minload;
811         cpu_search_highest(cg, &high);
812         return high.cs_cpu;
813 }
814
815 static void
816 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
817 {
818         cpuset_t hmask, lmask;
819         int high, low, anylow;
820
821         CPU_FILL(&hmask);
822         for (;;) {
823                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
824                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
825                 if (high == -1)
826                         break;
827                 CPU_CLR(high, &hmask);
828                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
829                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
830                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
831                         break;
832                 anylow = 1;
833 nextlow:
834                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
835                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
836                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
837                 if (anylow && low == -1)
838                         break;
839                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
840                 if (low == -1)
841                         continue;
842                 /* Transfer thread from high to low. */
843                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
844                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
845                         CPU_CLR(low, &hmask);
846                 } else {
847                         /*
848                          * If failed, then there is no threads on high
849                          * that can run on this low. Drop low from low
850                          * mask and look for different one.
851                          */
852                         CPU_CLR(low, &lmask);
853                         anylow = 0;
854                         goto nextlow;
855                 }
856         }
857 }
858
859 static void
860 sched_balance(void)
861 {
862         struct tdq *tdq;
863
864         /*
865          * Select a random time between .5 * balance_interval and
866          * 1.5 * balance_interval.
867          */
868         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
869         balance_ticks += random() % balance_interval;
870         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
871                 return;
872         tdq = TDQ_SELF();
873         TDQ_UNLOCK(tdq);
874         sched_balance_group(cpu_top);
875         TDQ_LOCK(tdq);
876 }
877
878 /*
879  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
880  */
881 static void
882 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
883 {
884         if (one < two) {
885                 TDQ_LOCK(one);
886                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
887         } else {
888                 TDQ_LOCK(two);
889                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
890         }
891 }
892
893 /*
894  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
895  */
896 static void
897 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
898 {
899         TDQ_UNLOCK(one);
900         TDQ_UNLOCK(two);
901 }
902
903 /*
904  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
905  */
906 static int
907 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
908 {
909         int moved;
910         int cpu;
911
912         tdq_lock_pair(high, low);
913         moved = 0;
914         /*
915          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
916          * threads we actually have to give up (transferable).
917          */
918         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
919             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
920                 /*
921                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
922                  * reschedule with the new workload.
923                  */
924                 cpu = TDQ_ID(low);
925                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
926                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
927         }
928         tdq_unlock_pair(high, low);
929         return (moved);
930 }
931
932 /*
933  * Move a thread from one thread queue to another.
934  */
935 static int
936 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
937 {
938         struct td_sched *ts;
939         struct thread *td;
940         struct tdq *tdq;
941         int cpu;
942
943         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
944         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
945
946         tdq = from;
947         cpu = TDQ_ID(to);
948         td = tdq_steal(tdq, cpu);
949         if (td == NULL)
950                 return (0);
951         ts = td->td_sched;
952         /*
953          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
954          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
955          */
956         thread_lock(td);
957         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
958         TDQ_UNLOCK(from);
959         sched_rem(td);
960         ts->ts_cpu = cpu;
961         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
962         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
963         return (1);
964 }
965
966 /*
967  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
968  * to it.
969  */
970 static int
971 tdq_idled(struct tdq *tdq)
972 {
973         struct cpu_group *cg;
974         struct tdq *steal;
975         cpuset_t mask;
976         int thresh;
977         int cpu;
978
979         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
980                 return (1);
981         CPU_FILL(&mask);
982         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
983         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
984         spinlock_enter();
985         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
986                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
987                         thresh = steal_thresh;
988                 else
989                         thresh = 1;
990                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
991                 if (cpu == -1) {
992                         cg = cg->cg_parent;
993                         continue;
994                 }
995                 steal = TDQ_CPU(cpu);
996                 CPU_CLR(cpu, &mask);
997                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
998                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
999                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1000                         continue;
1001                 }
1002                 /*
1003                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
1004                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
1005                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
1006                  * set.
1007                  */
1008                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1009                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1010                         continue;
1011                 }
1012                 spinlock_exit();
1013                 TDQ_UNLOCK(steal);
1014                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1015                 thread_unlock(curthread);
1016
1017                 return (0);
1018         }
1019         spinlock_exit();
1020         return (1);
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1025  */
1026 static void
1027 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1028 {
1029         struct thread *ctd;
1030         int pri;
1031         int cpu;
1032
1033         if (tdq->tdq_ipipending)
1034                 return;
1035         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1036         pri = td->td_priority;
1037         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1038         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1039                 return;
1040
1041         /*
1042          * Make sure that our caller's earlier update to tdq_load is
1043          * globally visible before we read tdq_cpu_idle.  Idle thread
1044          * accesses both of them without locks, and the order is important.
1045          */
1046         mb();
1047
1048         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1049                 /*
1050                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1051                  * falling back to IPI.
1052                  */
1053                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1054                         return;
1055         }
1056         tdq->tdq_ipipending = 1;
1057         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1058 }
1059
1060 /*
1061  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1062  * index.
1063  */
1064 static struct thread *
1065 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1066 {
1067         struct rqbits *rqb;
1068         struct rqhead *rqh;
1069         struct thread *td, *first;
1070         int bit;
1071         int i;
1072
1073         rqb = &rq->rq_status;
1074         bit = start & (RQB_BPW -1);
1075         first = NULL;
1076 again:
1077         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1078                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1079                         continue;
1080                 if (bit == 0)
1081                         bit = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1082                 for (; bit < RQB_BPW; bit++) {
1083                         if ((rqb->rqb_bits[i] & (1ul << bit)) == 0)
1084                                 continue;
1085                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (i << RQB_L2BPW)];
1086                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1087                                 if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1088                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1089                                         return (td);
1090                                 first = td;
1091                         }
1092                 }
1093         }
1094         if (start != 0) {
1095                 start = 0;
1096                 goto again;
1097         }
1098
1099         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1100             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1101                 return (first);
1102         return (NULL);
1103 }
1104
1105 /*
1106  * Steals load from a standard linear queue.
1107  */
1108 static struct thread *
1109 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1110 {
1111         struct rqhead *rqh;
1112         struct rqbits *rqb;
1113         struct thread *td;
1114         int word;
1115         int bit;
1116
1117         rqb = &rq->rq_status;
1118         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1119                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1120                         continue;
1121                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1122                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1123                                 continue;
1124                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1125                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1126                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1127                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1128                                         return (td);
1129                 }
1130         }
1131         return (NULL);
1132 }
1133
1134 /*
1135  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1136  */
1137 static struct thread *
1138 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1139 {
1140         struct thread *td;
1141
1142         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1143         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1144                 return (td);
1145         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1146             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1147                 return (td);
1148         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1149 }
1150
1151 /*
1152  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1153  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1154  */
1155 static inline struct tdq *
1156 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1157 {
1158
1159         struct tdq *tdq;
1160
1161         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1162         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1163         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1164         /*
1165          * If the lock matches just return the queue.
1166          */
1167         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1168                 return (tdq);
1169 #ifdef notyet
1170         /*
1171          * If the thread isn't running its lockptr is a
1172          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1173          * blocking.
1174          */
1175         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1176                 TDQ_LOCK(tdq);
1177                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1178                 return (tdq);
1179         }
1180 #endif
1181         /*
1182          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1183          * prevent order reversals with other cpus locks.
1184          */
1185         spinlock_enter();
1186         thread_lock_block(td);
1187         TDQ_LOCK(tdq);
1188         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1189         spinlock_exit();
1190         return (tdq);
1191 }
1192
1193 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1194 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1195 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1196 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1197 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1198 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1199
1200 static int
1201 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1202 {
1203         struct cpu_group *cg, *ccg;
1204         struct td_sched *ts;
1205         struct tdq *tdq;
1206         cpuset_t mask;
1207         int cpu, pri, self;
1208
1209         self = PCPU_GET(cpuid);
1210         ts = td->td_sched;
1211         if (smp_started == 0)
1212                 return (self);
1213         /*
1214          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1215          */
1216         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1217                 return (ts->ts_cpu);
1218         /*
1219          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1220          * the interrupt.
1221          */
1222         pri = td->td_priority;
1223         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1224             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1225                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1226                 ts->ts_cpu = self;
1227                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1228                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1229                         return (ts->ts_cpu);
1230                 }
1231         }
1232         /*
1233          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1234          * expired or it is idle run it there.
1235          */
1236         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1237         cg = tdq->tdq_cg;
1238         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1239             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1240             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1241                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1242                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1243                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1244                                         break;
1245                         }
1246                 } else
1247                         cpu = INT_MAX;
1248                 if (cpu > mp_maxid) {
1249                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1250                         return (ts->ts_cpu);
1251                 }
1252         }
1253         /*
1254          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1255          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1256          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1257          */
1258         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1259                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1260                         continue;
1261                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1262                         continue;
1263                 ccg = cg;
1264         }
1265         if (ccg != NULL)
1266                 cg = ccg;
1267         cpu = -1;
1268         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1269         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1270         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1271             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1272                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1273                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1274         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1275         if (cpu == -1)
1276                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1277         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1278         if (cpu == -1)
1279                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1280         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1281         /*
1282          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1283          */
1284         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1285             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1286             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1287                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1288                 cpu = self;
1289         } else
1290                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1291         if (cpu != ts->ts_cpu)
1292                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1293         return (cpu);
1294 }
1295 #endif
1296
1297 /*
1298  * Pick the highest priority task we have and return it.
1299  */
1300 static struct thread *
1301 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1302 {
1303         struct thread *td;
1304
1305         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1306         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1307         if (td != NULL)
1308                 return (td);
1309         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1310         if (td != NULL) {
1311                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1312                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1313                     td->td_priority));
1314                 return (td);
1315         }
1316         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1317         if (td != NULL) {
1318                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1319                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1320                     td->td_priority));
1321                 return (td);
1322         }
1323
1324         return (NULL);
1325 }
1326
1327 /*
1328  * Initialize a thread queue.
1329  */
1330 static void
1331 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1332 {
1333
1334         if (bootverbose)
1335                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1336         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1337         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1338         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1339         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1340             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1341         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1342             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1343 #ifdef KTR
1344         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1345             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1346 #endif
1347 }
1348
1349 #ifdef SMP
1350 static void
1351 sched_setup_smp(void)
1352 {
1353         struct tdq *tdq;
1354         int i;
1355
1356         cpu_top = smp_topo();
1357         CPU_FOREACH(i) {
1358                 tdq = TDQ_CPU(i);
1359                 tdq_setup(tdq);
1360                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1361                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1362                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1363         }
1364         balance_tdq = TDQ_SELF();
1365         sched_balance();
1366 }
1367 #endif
1368
1369 /*
1370  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1371  * information.
1372  */
1373 static void
1374 sched_setup(void *dummy)
1375 {
1376         struct tdq *tdq;
1377
1378         tdq = TDQ_SELF();
1379 #ifdef SMP
1380         sched_setup_smp();
1381 #else
1382         tdq_setup(tdq);
1383 #endif
1384
1385         /* Add thread0's load since it's running. */
1386         TDQ_LOCK(tdq);
1387         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1388         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1389         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1390         TDQ_UNLOCK(tdq);
1391 }
1392
1393 /*
1394  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1395  */
1396 /* ARGSUSED */
1397 static void
1398 sched_initticks(void *dummy)
1399 {
1400         int incr;
1401
1402         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1403         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1404         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1405         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1406             realstathz);
1407
1408         /*
1409          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1410          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1411          */
1412         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1413         /*
1414          * This does not work for values of stathz that are more than
1415          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1416          */
1417         if (incr == 0)
1418                 incr = 1;
1419         tickincr = incr;
1420 #ifdef SMP
1421         /*
1422          * Set the default balance interval now that we know
1423          * what realstathz is.
1424          */
1425         balance_interval = realstathz;
1426         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1427 #endif
1428         if (sched_idlespinthresh < 0)
1429                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1430 }
1431
1432
1433 /*
1434  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1435  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1436  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1437  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1438  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1439  */
1440 static int
1441 sched_interact_score(struct thread *td)
1442 {
1443         struct td_sched *ts;
1444         int div;
1445
1446         ts = td->td_sched;
1447         /*
1448          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1449          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1450          * no chance.
1451          */
1452         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1453                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1454                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1455
1456         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1457                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1458                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1459                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1460         }
1461         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1462                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1463                 return (ts->ts_runtime / div);
1464         }
1465         /* runtime == slptime */
1466         if (ts->ts_runtime)
1467                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1468
1469         /*
1470          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1471          */
1472         return (0);
1473
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1478  * process.
1479  */
1480 static void
1481 sched_priority(struct thread *td)
1482 {
1483         int score;
1484         int pri;
1485
1486         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1487                 return;
1488         /*
1489          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1490          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1491          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1492          *
1493          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1494          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1495          * utilization and the rest is decided by nice value.
1496          *
1497          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1498          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1499          * considered interactive.
1500          */
1501         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1502         if (score < sched_interact) {
1503                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1504                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1505                     sched_interact) * score;
1506                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1507                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1508                     pri, score));
1509         } else {
1510                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1511                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1512                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1513                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1514                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1515                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1516                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1517                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1518                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1519                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1520                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1521         }
1522         sched_user_prio(td, pri);
1523
1524         return;
1525 }
1526
1527 /*
1528  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1529  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1530  * function is ugly due to integer math.
1531  */
1532 static void
1533 sched_interact_update(struct thread *td)
1534 {
1535         struct td_sched *ts;
1536         u_int sum;
1537
1538         ts = td->td_sched;
1539         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1540         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1541                 return;
1542         /*
1543          * This only happens from two places:
1544          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1545          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1546          */
1547         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1548                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1549                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1550                         ts->ts_slptime = 1;
1551                 } else {
1552                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1553                         ts->ts_runtime = 1;
1554                 }
1555                 return;
1556         }
1557         /*
1558          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1559          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1560          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1561          */
1562         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1563                 ts->ts_runtime /= 2;
1564                 ts->ts_slptime /= 2;
1565                 return;
1566         }
1567         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1568         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1569 }
1570
1571 /*
1572  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1573  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1574  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1575  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1576  */
1577 static void
1578 sched_interact_fork(struct thread *td)
1579 {
1580         int ratio;
1581         int sum;
1582
1583         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1584         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1585                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1586                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1587                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1588         }
1589 }
1590
1591 /*
1592  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1593  */
1594 void
1595 schedinit(void)
1596 {
1597
1598         /*
1599          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1600          */
1601         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1602         thread0.td_sched = &td_sched0;
1603         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1604         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1605         td_sched0.ts_slice = 0;
1606 }
1607
1608 /*
1609  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1610  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1611  * at most sched_slice stathz ticks.
1612  */
1613 int
1614 sched_rr_interval(void)
1615 {
1616
1617         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1618         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1619 }
1620
1621 /*
1622  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1623  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1624  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1625  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1626  */
1627 static void
1628 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1629 {
1630         int t = ticks;
1631
1632         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1633                 ts->ts_ticks = 0;
1634                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1635         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1636                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1637                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1638                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1639         }
1640         if (run)
1641                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1642         ts->ts_ltick = t;
1643 }
1644
1645 /*
1646  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1647  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1648  * functions.
1649  */
1650 static void
1651 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1652 {
1653         struct td_sched *ts;
1654         struct tdq *tdq;
1655         int oldpri;
1656
1657         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1658             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1659             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1660         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1661         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1662                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1663                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1664                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1665                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1666                     curthread);
1667         } 
1668         ts = td->td_sched;
1669         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1670         if (td->td_priority == prio)
1671                 return;
1672         /*
1673          * If the priority has been elevated due to priority
1674          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1675          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1676          * cases.
1677          */
1678         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1679                 sched_rem(td);
1680                 td->td_priority = prio;
1681                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1682                 return;
1683         }
1684         /*
1685          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1686          * information so other cpus are aware of our current priority.
1687          */
1688         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1689                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1690                 oldpri = td->td_priority;
1691                 td->td_priority = prio;
1692                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1693                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1694                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1695                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1696                 return;
1697         }
1698         td->td_priority = prio;
1699 }
1700
1701 /*
1702  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1703  * priority.
1704  */
1705 void
1706 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1707 {
1708
1709         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1710         sched_thread_priority(td, prio);
1711 }
1712
1713 /*
1714  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1715  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1716  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1717  * requests.  If the thread's regular priority is less
1718  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1719  * of prio.
1720  */
1721 void
1722 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1723 {
1724         u_char base_pri;
1725
1726         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1727             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1728                 base_pri = td->td_user_pri;
1729         else
1730                 base_pri = td->td_base_pri;
1731         if (prio >= base_pri) {
1732                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1733                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1734         } else
1735                 sched_lend_prio(td, prio);
1736 }
1737
1738 /*
1739  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1740  */
1741 void
1742 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1743 {
1744         u_char oldprio;
1745
1746         /* First, update the base priority. */
1747         td->td_base_pri = prio;
1748
1749         /*
1750          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1751          * ever lower the priority.
1752          */
1753         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1754                 return;
1755
1756         /* Change the real priority. */
1757         oldprio = td->td_priority;
1758         sched_thread_priority(td, prio);
1759
1760         /*
1761          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1762          * its state.
1763          */
1764         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1765                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1766 }
1767
1768 /*
1769  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1770  */
1771 void
1772 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1773 {
1774
1775         td->td_base_user_pri = prio;
1776         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1777                 return;
1778         td->td_user_pri = prio;
1779 }
1780
1781 void
1782 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1783 {
1784
1785         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1786         td->td_lend_user_pri = prio;
1787         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1788         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1789                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1790         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1791                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1792 }
1793
1794 /*
1795  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1796  * cpu binding.
1797  */
1798 static struct mtx *
1799 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1800 {
1801         struct tdq *tdn;
1802
1803         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1804 #ifdef SMP
1805         tdq_load_rem(tdq, td);
1806         /*
1807          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1808          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1809          * not holding either run-queue lock.
1810          */
1811         spinlock_enter();
1812         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1813
1814         /*
1815          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1816          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1817          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1818          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1819          * question while the target processor is spinning with its own
1820          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1821          */
1822         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1823         tdq_add(tdn, td, flags);
1824         tdq_notify(tdn, td);
1825         TDQ_UNLOCK(tdn);
1826         spinlock_exit();
1827 #endif
1828         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1829 }
1830
1831 /*
1832  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1833  * is blocked.
1834  */
1835 static inline void
1836 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1837 {
1838         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1839             (uintptr_t)mtx);
1840 }
1841
1842 /*
1843  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1844  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1845  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1846  * be assigned elsewhere via binding.
1847  */
1848 void
1849 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1850 {
1851         struct tdq *tdq;
1852         struct td_sched *ts;
1853         struct mtx *mtx;
1854         int srqflag;
1855         int cpuid, preempted;
1856
1857         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1858         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1859
1860         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1861         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1862         ts = td->td_sched;
1863         mtx = td->td_lock;
1864         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1865         ts->ts_rltick = ticks;
1866         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1867         td->td_oncpu = NOCPU;
1868         preempted = !((td->td_flags & TDF_SLICEEND) ||
1869             (flags & SWT_RELINQUISH));
1870         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1871         td->td_owepreempt = 0;
1872         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1873                 tdq->tdq_switchcnt++;
1874         /*
1875          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1876          * to CAN_RUN as well.
1877          */
1878         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1879                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1880                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1881         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1882                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1883                 srqflag = preempted ?
1884                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1885                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1886 #ifdef SMP
1887                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1888                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1889 #endif
1890                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1891                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1892                 else {
1893                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1894                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1895                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1896                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1897                 }
1898         } else {
1899                 /* This thread must be going to sleep. */
1900                 TDQ_LOCK(tdq);
1901                 mtx = thread_lock_block(td);
1902                 tdq_load_rem(tdq, td);
1903         }
1904         /*
1905          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1906          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1907          * thread-queue locked.
1908          */
1909         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1910         newtd = choosethread();
1911         /*
1912          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1913          */
1914         if (td != newtd) {
1915 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1916                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1917                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1918 #endif
1919                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1920                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1921                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1922                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1923
1924 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1925                 /*
1926                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1927                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1928                  * function to call.
1929                  */
1930                 if (dtrace_vtime_active)
1931                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1932 #endif
1933
1934                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1935                 /*
1936                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1937                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1938                  * run queue lock.
1939                  */
1940                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1941                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1942                 lock_profile_obtain_lock_success(
1943                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1944
1945                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1946 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1947                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1948                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1949 #endif
1950         } else {
1951                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1952                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1953         }
1954         /*
1955          * Assert that all went well and return.
1956          */
1957         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1958         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1959         td->td_oncpu = cpuid;
1960 }
1961
1962 /*
1963  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1964  */
1965 void
1966 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1967 {
1968         struct thread *td;
1969
1970         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1971
1972         p->p_nice = nice;
1973         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1974                 thread_lock(td);
1975                 sched_priority(td);
1976                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1977                 thread_unlock(td);
1978         }
1979 }
1980
1981 /*
1982  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1983  */
1984 void
1985 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1986 {
1987
1988         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1989
1990         td->td_slptick = ticks;
1991         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1992                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1993         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1994                 return;
1995         if (static_boost == 1 && prio)
1996                 sched_prio(td, prio);
1997         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1998                 sched_prio(td, static_boost);
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2003  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2004  */
2005 void
2006 sched_wakeup(struct thread *td)
2007 {
2008         struct td_sched *ts;
2009         int slptick;
2010
2011         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2012         ts = td->td_sched;
2013         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2014         /*
2015          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2016          * priority.
2017          */
2018         slptick = td->td_slptick;
2019         td->td_slptick = 0;
2020         if (slptick && slptick != ticks) {
2021                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2022                 sched_interact_update(td);
2023                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2024         }
2025         /*
2026          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2027          */
2028         ts->ts_slice = 0;
2029         sched_add(td, SRQ_BORING);
2030 }
2031
2032 /*
2033  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2034  * priority.
2035  */
2036 void
2037 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2038 {
2039         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2040         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2041         sched_fork_thread(td, child);
2042         /*
2043          * Penalize the parent and child for forking.
2044          */
2045         sched_interact_fork(child);
2046         sched_priority(child);
2047         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2048         sched_interact_update(td);
2049         sched_priority(td);
2050 }
2051
2052 /*
2053  * Fork a new thread, may be within the same process.
2054  */
2055 void
2056 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2057 {
2058         struct td_sched *ts;
2059         struct td_sched *ts2;
2060         struct tdq *tdq;
2061
2062         tdq = TDQ_SELF();
2063         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2064         /*
2065          * Initialize child.
2066          */
2067         ts = td->td_sched;
2068         ts2 = child->td_sched;
2069         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2070         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2071         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2072         ts2->ts_flags = 0;
2073         /*
2074          * Grab our parents cpu estimation information.
2075          */
2076         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2077         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2078         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2079         /*
2080          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2081          */
2082         child->td_priority = child->td_base_pri;
2083         /*
2084          * And update interactivity score.
2085          */
2086         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2087         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2088         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2089         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2090 #ifdef KTR
2091         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2092 #endif
2093 }
2094
2095 /*
2096  * Adjust the priority class of a thread.
2097  */
2098 void
2099 sched_class(struct thread *td, int class)
2100 {
2101
2102         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2103         if (td->td_pri_class == class)
2104                 return;
2105         td->td_pri_class = class;
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2110  */
2111 void
2112 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2113 {
2114         struct thread *td;
2115
2116         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2117             "prio:%d", child->td_priority);
2118         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2119         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2120         sched_exit_thread(td, child);
2121 }
2122
2123 /*
2124  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2125  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2126  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2127  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2128  */
2129 void
2130 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2131 {
2132
2133         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2134             "prio:%d", child->td_priority);
2135         /*
2136          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2137          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2138          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2139          */
2140         thread_lock(td);
2141         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2142         sched_interact_update(td);
2143         sched_priority(td);
2144         thread_unlock(td);
2145 }
2146
2147 void
2148 sched_preempt(struct thread *td)
2149 {
2150         struct tdq *tdq;
2151
2152         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2153
2154         thread_lock(td);
2155         tdq = TDQ_SELF();
2156         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2157         tdq->tdq_ipipending = 0;
2158         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2159                 int flags;
2160
2161                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2162                 if (td->td_critnest > 1)
2163                         td->td_owepreempt = 1;
2164                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2165                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2166                 else
2167                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2168         }
2169         thread_unlock(td);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2174  * to static priorities in msleep() or similar.
2175  */
2176 void
2177 sched_userret(struct thread *td)
2178 {
2179         /*
2180          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2181          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2182          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2183          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2184          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2185          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2186          * it perfectly here.
2187          */
2188         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2189             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2190         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2191                 thread_lock(td);
2192                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2193                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2194                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2195                 thread_unlock(td);
2196         }
2197 }
2198
2199 /*
2200  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2201  * threads.
2202  */
2203 void
2204 sched_clock(struct thread *td)
2205 {
2206         struct tdq *tdq;
2207         struct td_sched *ts;
2208
2209         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2210         tdq = TDQ_SELF();
2211 #ifdef SMP
2212         /*
2213          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2214          */
2215         if (balance_tdq == tdq) {
2216                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2217                         sched_balance();
2218         }
2219 #endif
2220         /*
2221          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2222          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2223          * If there is some activity seed it to reflect that.
2224          */
2225         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2226         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2227         /*
2228          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2229          * threads get a chance to run.
2230          */
2231         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2232                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2233                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2234                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2235         }
2236         ts = td->td_sched;
2237         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2238         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2239                 return;
2240         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2241                 /*
2242                  * We used a tick; charge it to the thread so
2243                  * that we can compute our interactivity.
2244                  */
2245                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2246                 sched_interact_update(td);
2247                 sched_priority(td);
2248         }
2249
2250         /*
2251          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2252          * time slice (default is 100ms).
2253          */
2254         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && ++ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2255                 ts->ts_slice = 0;
2256                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2257         }
2258 }
2259
2260 /*
2261  * Called once per hz tick.
2262  */
2263 void
2264 sched_tick(int cnt)
2265 {
2266
2267 }
2268
2269 /*
2270  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2271  * cooperative idle threads.
2272  */
2273 int
2274 sched_runnable(void)
2275 {
2276         struct tdq *tdq;
2277         int load;
2278
2279         load = 1;
2280
2281         tdq = TDQ_SELF();
2282         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2283                 if (tdq->tdq_load > 0)
2284                         goto out;
2285         } else
2286                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2287                         goto out;
2288         load = 0;
2289 out:
2290         return (load);
2291 }
2292
2293 /*
2294  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2295  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2296  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2297  */
2298 struct thread *
2299 sched_choose(void)
2300 {
2301         struct thread *td;
2302         struct tdq *tdq;
2303
2304         tdq = TDQ_SELF();
2305         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2306         td = tdq_choose(tdq);
2307         if (td) {
2308                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2309                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2310                 return (td);
2311         }
2312         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2313         return (PCPU_GET(idlethread));
2314 }
2315
2316 /*
2317  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2318  * we always request it once we exit a critical section.
2319  */
2320 static inline void
2321 sched_setpreempt(struct thread *td)
2322 {
2323         struct thread *ctd;
2324         int cpri;
2325         int pri;
2326
2327         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2328
2329         ctd = curthread;
2330         pri = td->td_priority;
2331         cpri = ctd->td_priority;
2332         if (pri < cpri)
2333                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2334         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2335                 return;
2336         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2337                 return;
2338         ctd->td_owepreempt = 1;
2339 }
2340
2341 /*
2342  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2343  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2344  * predetermined.
2345  */
2346 void
2347 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2348 {
2349
2350         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2351         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2352             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2353         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2354             ("sched_add: bad thread state"));
2355         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2356             ("sched_add: thread swapped out"));
2357
2358         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2359                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2360         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2361         tdq_load_add(tdq, td);
2362 }
2363
2364 /*
2365  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2366  * preemption or IPI a remote processor if required.
2367  */
2368 void
2369 sched_add(struct thread *td, int flags)
2370 {
2371         struct tdq *tdq;
2372 #ifdef SMP
2373         int cpu;
2374 #endif
2375
2376         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2377             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2378             sched_tdname(curthread));
2379         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2380             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2381         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2382             flags & SRQ_PREEMPTED);
2383         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2384         /*
2385          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2386          * run-queue.
2387          */
2388         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2389                 sched_priority(td);
2390 #ifdef SMP
2391         /*
2392          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2393          * target cpu.
2394          */
2395         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2396         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2397         tdq_add(tdq, td, flags);
2398         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2399                 tdq_notify(tdq, td);
2400                 return;
2401         }
2402 #else
2403         tdq = TDQ_SELF();
2404         TDQ_LOCK(tdq);
2405         /*
2406          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2407          * to the scheduler's lock.
2408          */
2409         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2410         tdq_add(tdq, td, flags);
2411 #endif
2412         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2413                 sched_setpreempt(td);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2418  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2419  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2420  */
2421 void
2422 sched_rem(struct thread *td)
2423 {
2424         struct tdq *tdq;
2425
2426         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2427             "prio:%d", td->td_priority);
2428         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2429         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2430         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2431         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2432         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2433             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2434         tdq_runq_rem(tdq, td);
2435         tdq_load_rem(tdq, td);
2436         TD_SET_CAN_RUN(td);
2437         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2438                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2439 }
2440
2441 /*
2442  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2443  */
2444 fixpt_t
2445 sched_pctcpu(struct thread *td)
2446 {
2447         fixpt_t pctcpu;
2448         struct td_sched *ts;
2449
2450         pctcpu = 0;
2451         ts = td->td_sched;
2452         if (ts == NULL)
2453                 return (0);
2454
2455         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2456         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2457         if (ts->ts_ticks) {
2458                 int rtick;
2459
2460                 /* How many rtick per second ? */
2461                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2462                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2463         }
2464
2465         return (pctcpu);
2466 }
2467
2468 /*
2469  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2470  * cpumask.
2471  */
2472 void
2473 sched_affinity(struct thread *td)
2474 {
2475 #ifdef SMP
2476         struct td_sched *ts;
2477
2478         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2479         ts = td->td_sched;
2480         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2481                 return;
2482         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2483                 sched_rem(td);
2484                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2485                 return;
2486         }
2487         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2488                 return;
2489         /*
2490          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2491          * target thread is not running locally send an ipi to force
2492          * the issue.
2493          */
2494         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2495         if (td != curthread)
2496                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2497 #endif
2498 }
2499
2500 /*
2501  * Bind a thread to a target cpu.
2502  */
2503 void
2504 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2505 {
2506         struct td_sched *ts;
2507
2508         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2509         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2510         ts = td->td_sched;
2511         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2512                 sched_unbind(td);
2513         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2514         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2515         sched_pin();
2516         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2517                 return;
2518         ts->ts_cpu = cpu;
2519         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2520         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2521 }
2522
2523 /*
2524  * Release a bound thread.
2525  */
2526 void
2527 sched_unbind(struct thread *td)
2528 {
2529         struct td_sched *ts;
2530
2531         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2532         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2533         ts = td->td_sched;
2534         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2535                 return;
2536         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2537         sched_unpin();
2538 }
2539
2540 int
2541 sched_is_bound(struct thread *td)
2542 {
2543         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2544         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2545 }
2546
2547 /*
2548  * Basic yield call.
2549  */
2550 void
2551 sched_relinquish(struct thread *td)
2552 {
2553         thread_lock(td);
2554         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2555         thread_unlock(td);
2556 }
2557
2558 /*
2559  * Return the total system load.
2560  */
2561 int
2562 sched_load(void)
2563 {
2564 #ifdef SMP
2565         int total;
2566         int i;
2567
2568         total = 0;
2569         CPU_FOREACH(i)
2570                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2571         return (total);
2572 #else
2573         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2574 #endif
2575 }
2576
2577 int
2578 sched_sizeof_proc(void)
2579 {
2580         return (sizeof(struct proc));
2581 }
2582
2583 int
2584 sched_sizeof_thread(void)
2585 {
2586         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2587 }
2588
2589 #ifdef SMP
2590 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2591     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2592 #else
2593 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2594 #endif
2595
2596 /*
2597  * The actual idle process.
2598  */
2599 void
2600 sched_idletd(void *dummy)
2601 {
2602         struct thread *td;
2603         struct tdq *tdq;
2604         int oldswitchcnt, switchcnt;
2605         int i;
2606
2607         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2608         td = curthread;
2609         tdq = TDQ_SELF();
2610         THREAD_NO_SLEEPING();
2611         oldswitchcnt = -1;
2612         for (;;) {
2613                 if (tdq->tdq_load) {
2614                         thread_lock(td);
2615                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2616                         thread_unlock(td);
2617                 }
2618                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2619 #ifdef SMP
2620                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2621                         oldswitchcnt = switchcnt;
2622                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2623                                 continue;
2624                 }
2625                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2626 #else
2627                 oldswitchcnt = switchcnt;
2628 #endif
2629                 /*
2630                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2631                  * for load rather than entering a low power state that 
2632                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2633                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2634                  * cycles from cores doing useful work.
2635                  */
2636                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2637                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2638                                 if (tdq->tdq_load)
2639                                         break;
2640                                 cpu_spinwait();
2641                         }
2642                 }
2643
2644                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2645                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2646                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2647                         continue;
2648
2649                 /* Run main MD idle handler. */
2650                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2651                 /*
2652                  * Make sure that tdq_cpu_idle update is globally visible
2653                  * before cpu_idle() read tdq_load.  The order is important
2654                  * to avoid race with tdq_notify.
2655                  */
2656                 mb();
2657                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2658                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2659
2660                 /*
2661                  * Account thread-less hardware interrupts and
2662                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2663                  */
2664                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2665                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2666                         continue;
2667                 tdq->tdq_switchcnt++;
2668                 oldswitchcnt++;
2669         }
2670 }
2671
2672 /*
2673  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2674  */
2675 void
2676 sched_throw(struct thread *td)
2677 {
2678         struct thread *newtd;
2679         struct tdq *tdq;
2680
2681         tdq = TDQ_SELF();
2682         if (td == NULL) {
2683                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2684                 TDQ_LOCK(tdq);
2685                 spinlock_exit();
2686                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2687                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2688         } else {
2689                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2690                 tdq_load_rem(tdq, td);
2691                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2692         }
2693         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2694         newtd = choosethread();
2695         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2696         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2697 }
2698
2699 /*
2700  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2701  * let fork do the rest of the work.
2702  */
2703 void
2704 sched_fork_exit(struct thread *td)
2705 {
2706         struct tdq *tdq;
2707         int cpuid;
2708
2709         /*
2710          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2711          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2712          */
2713         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2714         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2715         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2716                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2717         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2718         td->td_oncpu = cpuid;
2719         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2720         lock_profile_obtain_lock_success(
2721             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2722 }
2723
2724 /*
2725  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2726  */
2727 char *
2728 sched_tdname(struct thread *td)
2729 {
2730 #ifdef KTR
2731         struct td_sched *ts;
2732
2733         ts = td->td_sched;
2734         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2735                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2736                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2737         return (ts->ts_name);
2738 #else
2739         return (td->td_name);
2740 #endif
2741 }
2742
2743 #ifdef KTR
2744 void
2745 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2746 {
2747         struct td_sched *ts;
2748
2749         ts = td->td_sched;
2750         ts->ts_name[0] = '\0';
2751 }
2752 #endif
2753
2754 #ifdef SMP
2755
2756 /*
2757  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2758  * the topology tree.
2759  */
2760 static int
2761 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2762     int indent)
2763 {
2764         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2765         int i, first;
2766
2767         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2768             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2769         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2770             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2771         first = TRUE;
2772         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2773                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2774                         if (!first)
2775                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2776                         else
2777                                 first = FALSE;
2778                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2779                 }
2780         }
2781         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2782
2783         if (cg->cg_flags != 0) {
2784                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2785                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2786                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2787                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2788                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2789                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2790                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2791                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2792         }
2793
2794         if (cg->cg_children > 0) {
2795                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2796                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2797                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2798                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2799                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2800         }
2801         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2802         return (0);
2803 }
2804
2805 /*
2806  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2807  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2808  */
2809 static int
2810 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2811 {
2812         struct sbuf *topo;
2813         int err;
2814
2815         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2816
2817         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2818         if (topo == NULL)
2819                 return (ENOMEM);
2820
2821         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2822         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2823         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2824
2825         if (err == 0) {
2826                 sbuf_finish(topo);
2827                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2828         }
2829         sbuf_delete(topo);
2830         return (err);
2831 }
2832
2833 #endif
2834
2835 static int
2836 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2837 {
2838         int error, new_val, period;
2839
2840         period = 1000000 / realstathz;
2841         new_val = period * sched_slice;
2842         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2843         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2844                 return (error);
2845         if (new_val <= 0)
2846                 return (EINVAL);
2847         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2848         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
2849         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2850             realstathz);
2851         return (0);
2852 }
2853
2854 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2855 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2856     "Scheduler name");
2857 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2858     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2859     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2860 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2861     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2862 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2863     "Interactivity score threshold");
2864 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2865     &preempt_thresh, 0,
2866     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2867 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2868     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2869 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2870     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2871 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2872     &sched_idlespinthresh, 0,
2873     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2874 #ifdef SMP
2875 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2876     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2877 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2878     "Enables the long-term load balancer");
2879 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2880     &balance_interval, 0,
2881     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2882 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2883     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2884 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2885     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2886 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2887     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2888     "XML dump of detected CPU topology");
2889 #endif
2890
2891 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2892 static int ccpu = 0;
2893 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");