]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
Add missed mergeinfo.
[FreeBSD/stable/8.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_kdtrace.h"
43 #include "opt_sched.h"
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/kdb.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.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 #ifdef KTRACE
67 #include <sys/uio.h>
68 #include <sys/ktrace.h>
69 #endif
70
71 #ifdef HWPMC_HOOKS
72 #include <sys/pmckern.h>
73 #endif
74
75 #ifdef KDTRACE_HOOKS
76 #include <sys/dtrace_bsd.h>
77 int                             dtrace_vtime_active;
78 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
79 #endif
80
81 #include <machine/cpu.h>
82 #include <machine/smp.h>
83
84 #if defined(__sparc64__)
85 #error "This architecture is not currently compatible with ULE"
86 #endif
87
88 #define KTR_ULE 0
89
90 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
91 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
92 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (PCPU_NAME_LEN + sizeof(" load"))
93
94 /*
95  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
96  * by the thread lock.
97  */
98 struct td_sched {       
99         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
100         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
101         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
102         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
103         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
104         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
105         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
106         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
107         int             ts_incrtick;    /* Last tick that we incremented on */
108         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
109         int             ts_ticks;       /* Tick count */
110 #ifdef KTR
111         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
112 #endif
113 };
114 /* flags kept in ts_flags */
115 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
116 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
117
118 static struct td_sched td_sched0;
119
120 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
121 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
122     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
123
124 /*
125  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
126  * threads.  Interactive threads use realtime priorities.
127  */
128 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_REALTIME
129 #define PRI_MAX_INTERACT        PRI_MAX_REALTIME
130 #define PRI_MIN_BATCH           PRI_MIN_TIMESHARE
131 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
132
133 /*
134  * Cpu percentage computation macros and defines.
135  *
136  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
137  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
138  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
139  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
140  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
141  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
142  */
143 #define SCHED_TICK_SECS         10
144 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
145 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
146 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
147 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
148 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
149
150 /*
151  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
152  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
153  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
154  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
155  * or positive nice respectively.
156  *
157  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
158  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
159  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
160  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
161  */
162 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
163 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
164 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
165 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
166 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
167 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
168     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
169     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
170 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
171
172 /*
173  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
174  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
175  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
176  * models the intent of the thread.
177  *
178  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
179  *              before throttling back.
180  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
181  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
182  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
183  */
184 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
185 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
186 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
187 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
188 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
189
190 /* Flags kept in td_flags. */
191 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
192
193 /*
194  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
195  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
196  *                      due to rounding would be unacceptably high.
197  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
198  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
199  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
200  */
201 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
202 static int realstathz = 127;
203 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
204 static int sched_slice = 12;
205 #ifdef PREEMPTION
206 #ifdef FULL_PREEMPTION
207 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
208 #else
209 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
210 #endif
211 #else 
212 static int preempt_thresh = 0;
213 #endif
214 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
215 static int sched_idlespins = 10000;
216 static int sched_idlespinthresh = 4;
217
218 /*
219  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
220  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
221  * locking in sched_pickcpu();
222  */
223 struct tdq {
224         /* Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch(). */
225         struct mtx      tdq_lock;               /* run queue lock. */
226         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
227         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
228         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
229         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
230         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
231         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
232         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
233         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
234         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
235         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
236         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
237         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
238         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
239         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
240 #ifdef KTR
241         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
242 #endif
243 } __aligned(64);
244
245 /* Idle thread states and config. */
246 #define TDQ_RUNNING     1
247 #define TDQ_IDLE        2
248
249 #ifdef SMP
250 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
251
252 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
253 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
254
255 /*
256  * Run-time tunables.
257  */
258 static int rebalance = 1;
259 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
260 static int affinity;
261 static int steal_idle = 1;
262 static int steal_thresh = 2;
263
264 /*
265  * One thread queue per processor.
266  */
267 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
268 static struct tdq       *balance_tdq;
269 static int balance_ticks;
270 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
271
272 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
273 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
274 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
275 #else   /* !SMP */
276 static struct tdq       tdq_cpu;
277
278 #define TDQ_ID(x)       (0)
279 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
280 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
281 #endif
282
283 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
284 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
285 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
286 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
287 #define TDQ_LOCKPTR(t)          (&(t)->tdq_lock)
288
289 static void sched_priority(struct thread *);
290 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
291 static int sched_interact_score(struct thread *);
292 static void sched_interact_update(struct thread *);
293 static void sched_interact_fork(struct thread *);
294 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *);
295
296 /* Operations on per processor queues */
297 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
298 static void tdq_setup(struct tdq *);
299 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
300 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
301 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
302 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
303 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
304 void tdq_print(int cpu);
305 static void runq_print(struct runq *rq);
306 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
307 #ifdef SMP
308 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
309 static int tdq_idled(struct tdq *);
310 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
311 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
312 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
313 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
314 static void sched_balance(void);
315 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
316 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
317 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
318 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
319 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
320 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
321     struct cpu_group *cg, int indent);
322 #endif
323
324 static void sched_setup(void *dummy);
325 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
326
327 static void sched_initticks(void *dummy);
328 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
329     NULL);
330
331 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
332
333 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change_pri, change-pri, "struct thread *", 
334     "struct proc *", "uint8_t");
335 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, dequeue, "struct thread *", 
336     "struct proc *", "void *");
337 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, enqueue, "struct thread *", 
338     "struct proc *", "void *", "int");
339 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend_pri, lend-pri, "struct thread *", 
340     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
341 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load_change, load-change, "int", "int");
342 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off_cpu, off-cpu, "struct thread *", 
343     "struct proc *");
344 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on_cpu, on-cpu);
345 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain_cpu, remain-cpu);
346 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, surrender, "struct thread *", 
347     "struct proc *");
348
349 /*
350  * Print the threads waiting on a run-queue.
351  */
352 static void
353 runq_print(struct runq *rq)
354 {
355         struct rqhead *rqh;
356         struct thread *td;
357         int pri;
358         int j;
359         int i;
360
361         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
362                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
363                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
364                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
365                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
366                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
367                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
368                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
369                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
370                                             td, td->td_name, td->td_priority,
371                                             td->td_rqindex, pri);
372                                 }
373                         }
374         }
375 }
376
377 /*
378  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
379  */
380 void
381 tdq_print(int cpu)
382 {
383         struct tdq *tdq;
384
385         tdq = TDQ_CPU(cpu);
386
387         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
388         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
389         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
390         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
391         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
392         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
393         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
394         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
395         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
396         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
397         printf("\trealtime runq:\n");
398         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
399         printf("\ttimeshare runq:\n");
400         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
401         printf("\tidle runq:\n");
402         runq_print(&tdq->tdq_idle);
403 }
404
405 static inline int
406 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
407 {
408         /*
409          * If the new priority is not better than the current priority there is
410          * nothing to do.
411          */
412         if (pri >= cpri)
413                 return (0);
414         /*
415          * Always preempt idle.
416          */
417         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
418                 return (1);
419         /*
420          * If preemption is disabled don't preempt others.
421          */
422         if (preempt_thresh == 0)
423                 return (0);
424         /*
425          * Preempt if we exceed the threshold.
426          */
427         if (pri <= preempt_thresh)
428                 return (1);
429         /*
430          * If we're interactive or better and there is non-interactive
431          * or worse running preempt only remote processors.
432          */
433         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
434                 return (1);
435         return (0);
436 }
437
438 /*
439  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
440  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
441  * queue position for timeshare threads.
442  */
443 static __inline void
444 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
445 {
446         struct td_sched *ts;
447         u_char pri;
448
449         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
450         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
451
452         pri = td->td_priority;
453         ts = td->td_sched;
454         TD_SET_RUNQ(td);
455         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
456                 tdq->tdq_transferable++;
457                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
458         }
459         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
460                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
461         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
462                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
463                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
464                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
465                 /*
466                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
467                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
468                  */
469                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
470                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) /
471                             (PRI_MAX_BATCH - PRI_MIN_BATCH + 1);
472                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
473                         /*
474                          * This effectively shortens the queue by one so we
475                          * can have a one slot difference between idx and
476                          * ridx while we wait for threads to drain.
477                          */
478                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
479                             pri == tdq->tdq_ridx)
480                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
481                 } else
482                         pri = tdq->tdq_ridx;
483                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
484                 return;
485         } else
486                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
487         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
488 }
489
490 /* 
491  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
492  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
493  * transferable count does not reflect them.
494  */
495 static __inline void
496 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
497 {
498         struct td_sched *ts;
499
500         ts = td->td_sched;
501         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
502         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
503             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
504         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
505                 tdq->tdq_transferable--;
506                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
507         }
508         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
509                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
510                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
511                 else
512                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
513         } else
514                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
515 }
516
517 /*
518  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
519  * for this thread to the referenced thread queue.
520  */
521 static void
522 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
523 {
524
525         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
526         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
527
528         tdq->tdq_load++;
529         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
530                 tdq->tdq_sysload++;
531         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
532         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
533 }
534
535 /*
536  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
537  * exiting.
538  */
539 static void
540 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
541 {
542
543         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
544         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
545         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
546             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
547
548         tdq->tdq_load--;
549         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
550                 tdq->tdq_sysload--;
551         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
552         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
553 }
554
555 /*
556  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
557  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
558  */
559 static void
560 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
561 {
562         struct thread *td;
563
564         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
565         if (ctd == NULL)
566                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
567         td = tdq_choose(tdq);
568         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
569                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
570         else
571                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
572 }
573
574 #ifdef SMP
575 struct cpu_search {
576         cpuset_t cs_mask;
577         u_int   cs_prefer;
578         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
579         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
580         int     cs_cpu;
581         int     cs_load;
582 };
583
584 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
585 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
586 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
587
588 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
589         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
590                 if ((mask) & 1 << (cpu))
591
592 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
593     struct cpu_search *high, const int match);
594 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
595 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
596 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
597     struct cpu_search *high);
598
599 /*
600  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
601  * according to the match argument.  This routine actually compares the
602  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
603  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
604  * the system.  This balances work among caches and busses.
605  *
606  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
607  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
608  * also recursive to the depth of the tree.
609  */
610 static __inline int
611 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
612     struct cpu_search *high, const int match)
613 {
614         struct cpu_search lgroup;
615         struct cpu_search hgroup;
616         cpumask_t cpumask;
617         struct cpu_group *child;
618         struct tdq *tdq;
619         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
620
621         total = 0;
622         cpumask = cg->cg_mask;
623         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
624                 lload = INT_MAX;
625                 lgroup = *low;
626         }
627         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
628                 hload = INT_MIN;
629                 hgroup = *high;
630         }
631
632         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
633         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; i >= 0; ) {
634                 if (i == 0) {
635                         while (cpu >= 0 && ((1 << cpu) & cpumask) == 0)
636                                 cpu--;
637                         if (cpu < 0)
638                                 break;
639                         child = NULL;
640                 } else
641                         child = &cg->cg_child[i - 1];
642
643                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
644                         lgroup.cs_cpu = -1;
645                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
646                         hgroup.cs_cpu = -1;
647                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
648                         cpumask &= ~child->cg_mask;
649                         switch (match) {
650                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
651                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
652                                 break;
653                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
654                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
655                                 break;
656                         case CPU_SEARCH_BOTH:
657                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
658                                 break;
659                         }
660                 } else {                        /* Handle child CPU. */
661                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
662                         load = tdq->tdq_load * 256;
663                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
664                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
665                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
666                                 if (cpu == low->cs_prefer)
667                                         load -= 64;
668                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
669                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
670                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
671                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
672                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
673                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
674                                 }
675                         }
676                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
677                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
678                                     tdq->tdq_transferable &&
679                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
680                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
681                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
682                                 }
683                 }
684                 total += load;
685
686                 /* We have info about child item. Compare it. */
687                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
688                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
689                             (load < lload ||
690                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
691                                 lload = load;
692                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
693                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
694                         }
695                 }
696                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
697                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
698                             (load > hload ||
699                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
700                                 hload = load;
701                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
702                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
703                         }
704                 if (child) {
705                         i--;
706                         if (i == 0 && cpumask == 0)
707                                 break;
708                 } else
709                         cpu--;
710         }
711         return (total);
712 }
713
714 /*
715  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
716  * optimization.
717  */
718 int
719 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
720 {
721         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
722 }
723
724 int
725 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
726 {
727         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
728 }
729
730 int
731 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
732     struct cpu_search *high)
733 {
734         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
735 }
736
737 /*
738  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
739  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
740  * acceptable.
741  */
742 static inline int
743 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
744     int prefer)
745 {
746         struct cpu_search low;
747
748         low.cs_cpu = -1;
749         low.cs_prefer = prefer;
750         low.cs_mask = mask;
751         low.cs_pri = pri;
752         low.cs_limit = maxload;
753         cpu_search_lowest(cg, &low);
754         return low.cs_cpu;
755 }
756
757 /*
758  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
759  */
760 static inline int
761 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
762 {
763         struct cpu_search high;
764
765         high.cs_cpu = -1;
766         high.cs_mask = mask;
767         high.cs_limit = minload;
768         cpu_search_highest(cg, &high);
769         return high.cs_cpu;
770 }
771
772 /*
773  * Simultaneously find the highest and lowest loaded cpu reachable via
774  * cg.
775  */
776 static inline void
777 sched_both(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int *lowcpu, int *highcpu)
778 {
779         struct cpu_search high;
780         struct cpu_search low;
781
782         low.cs_cpu = -1;
783         low.cs_prefer = -1;
784         low.cs_pri = -1;
785         low.cs_limit = INT_MAX;
786         low.cs_mask = mask;
787         high.cs_cpu = -1;
788         high.cs_limit = -1;
789         high.cs_mask = mask;
790         cpu_search_both(cg, &low, &high);
791         *lowcpu = low.cs_cpu;
792         *highcpu = high.cs_cpu;
793         return;
794 }
795
796 static void
797 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
798 {
799         cpuset_t hmask, lmask;
800         int high, low, anylow;
801
802         CPU_FILL(&hmask);
803         for (;;) {
804                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
805                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
806                 if (high == -1)
807                         break;
808                 CPU_CLR(high, &hmask);
809                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
810                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
811                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
812                         break;
813                 anylow = 1;
814 nextlow:
815                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
816                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
817                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
818                 if (anylow && low == -1)
819                         break;
820                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
821                 if (low == -1)
822                         continue;
823                 /* Transfer thread from high to low. */
824                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
825                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
826                         CPU_CLR(low, &hmask);
827                 } else {
828                         /*
829                          * If failed, then there is no threads on high
830                          * that can run on this low. Drop low from low
831                          * mask and look for different one.
832                          */
833                         CPU_CLR(low, &lmask);
834                         anylow = 0;
835                         goto nextlow;
836                 }
837         }
838 }
839
840 static void
841 sched_balance(void)
842 {
843         struct tdq *tdq;
844
845         /*
846          * Select a random time between .5 * balance_interval and
847          * 1.5 * balance_interval.
848          */
849         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
850         balance_ticks += random() % balance_interval;
851         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
852                 return;
853         tdq = TDQ_SELF();
854         TDQ_UNLOCK(tdq);
855         sched_balance_group(cpu_top);
856         TDQ_LOCK(tdq);
857 }
858
859 /*
860  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
861  */
862 static void
863 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
864 {
865         if (one < two) {
866                 TDQ_LOCK(one);
867                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
868         } else {
869                 TDQ_LOCK(two);
870                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
871         }
872 }
873
874 /*
875  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
876  */
877 static void
878 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
879 {
880         TDQ_UNLOCK(one);
881         TDQ_UNLOCK(two);
882 }
883
884 /*
885  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
886  */
887 static int
888 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
889 {
890         int moved;
891
892         tdq_lock_pair(high, low);
893         moved = 0;
894         /*
895          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
896          * threads we actually have to give up (transferable).
897          */
898         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
899             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
900                 /*
901                  * IPI the target cpu to force it to reschedule with the new
902                  * workload.
903                  */
904                 ipi_cpu(TDQ_ID(low), IPI_PREEMPT);
905         }
906         tdq_unlock_pair(high, low);
907         return (moved);
908 }
909
910 /*
911  * Move a thread from one thread queue to another.
912  */
913 static int
914 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
915 {
916         struct td_sched *ts;
917         struct thread *td;
918         struct tdq *tdq;
919         int cpu;
920
921         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
922         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
923
924         tdq = from;
925         cpu = TDQ_ID(to);
926         td = tdq_steal(tdq, cpu);
927         if (td == NULL)
928                 return (0);
929         ts = td->td_sched;
930         /*
931          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
932          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
933          */
934         thread_lock(td);
935         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
936         TDQ_UNLOCK(from);
937         sched_rem(td);
938         ts->ts_cpu = cpu;
939         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
940         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
941         return (1);
942 }
943
944 /*
945  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
946  * to it.
947  */
948 static int
949 tdq_idled(struct tdq *tdq)
950 {
951         struct cpu_group *cg;
952         struct tdq *steal;
953         cpuset_t mask;
954         int thresh;
955         int cpu;
956
957         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
958                 return (1);
959         CPU_FILL(&mask);
960         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
961         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
962         spinlock_enter();
963         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
964                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
965                         thresh = steal_thresh;
966                 else
967                         thresh = 1;
968                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
969                 if (cpu == -1) {
970                         cg = cg->cg_parent;
971                         continue;
972                 }
973                 steal = TDQ_CPU(cpu);
974                 CPU_CLR(cpu, &mask);
975                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
976                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
977                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
978                         continue;
979                 }
980                 /*
981                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
982                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
983                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
984                  * set.
985                  */
986                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
987                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
988                         continue;
989                 }
990                 spinlock_exit();
991                 TDQ_UNLOCK(steal);
992                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
993                 thread_unlock(curthread);
994
995                 return (0);
996         }
997         spinlock_exit();
998         return (1);
999 }
1000
1001 /*
1002  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1003  */
1004 static void
1005 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1006 {
1007         struct thread *ctd;
1008         int pri;
1009         int cpu;
1010
1011         if (tdq->tdq_ipipending)
1012                 return;
1013         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1014         pri = td->td_priority;
1015         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1016         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1017                 return;
1018         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1019                 /*
1020                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1021                  * falling back to IPI.
1022                  */
1023                 if (cpu_idle_wakeup(cpu))
1024                         return;
1025         }
1026         tdq->tdq_ipipending = 1;
1027         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1028 }
1029
1030 /*
1031  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1032  * index.
1033  */
1034 static struct thread *
1035 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1036 {
1037         struct rqbits *rqb;
1038         struct rqhead *rqh;
1039         struct thread *td, *first;
1040         int bit;
1041         int pri;
1042         int i;
1043
1044         rqb = &rq->rq_status;
1045         bit = start & (RQB_BPW -1);
1046         pri = 0;
1047         first = NULL;
1048 again:
1049         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1050                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1051                         continue;
1052                 if (bit != 0) {
1053                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1054                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1055                                         break;
1056                         if (pri >= RQB_BPW)
1057                                 continue;
1058                 } else
1059                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1060                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1061                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1062                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1063                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1064                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1065                                 return (td);
1066                         first = td;
1067                 }
1068         }
1069         if (start != 0) {
1070                 start = 0;
1071                 goto again;
1072         }
1073
1074         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1075             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1076                 return (first);
1077         return (NULL);
1078 }
1079
1080 /*
1081  * Steals load from a standard linear queue.
1082  */
1083 static struct thread *
1084 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1085 {
1086         struct rqhead *rqh;
1087         struct rqbits *rqb;
1088         struct thread *td;
1089         int word;
1090         int bit;
1091
1092         rqb = &rq->rq_status;
1093         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1094                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1095                         continue;
1096                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1097                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1098                                 continue;
1099                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1100                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1101                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1102                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1103                                         return (td);
1104                 }
1105         }
1106         return (NULL);
1107 }
1108
1109 /*
1110  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1111  */
1112 static struct thread *
1113 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1114 {
1115         struct thread *td;
1116
1117         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1118         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1119                 return (td);
1120         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1121             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1122                 return (td);
1123         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1124 }
1125
1126 /*
1127  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1128  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1129  */
1130 static inline struct tdq *
1131 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1132 {
1133
1134         struct tdq *tdq;
1135
1136         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1137         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1138         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1139         /*
1140          * If the lock matches just return the queue.
1141          */
1142         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1143                 return (tdq);
1144 #ifdef notyet
1145         /*
1146          * If the thread isn't running its lockptr is a
1147          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1148          * blocking.
1149          */
1150         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1151                 TDQ_LOCK(tdq);
1152                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1153                 return (tdq);
1154         }
1155 #endif
1156         /*
1157          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1158          * prevent order reversals with other cpus locks.
1159          */
1160         spinlock_enter();
1161         thread_lock_block(td);
1162         TDQ_LOCK(tdq);
1163         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1164         spinlock_exit();
1165         return (tdq);
1166 }
1167
1168 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1169 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1170 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1171 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1172 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1173 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1174
1175 static int
1176 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1177 {
1178         struct cpu_group *cg, *ccg;
1179         struct td_sched *ts;
1180         struct tdq *tdq;
1181         cpuset_t mask;
1182         int cpu, pri, self;
1183
1184         self = PCPU_GET(cpuid);
1185         ts = td->td_sched;
1186         if (smp_started == 0)
1187                 return (self);
1188         /*
1189          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1190          */
1191         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1192                 return (ts->ts_cpu);
1193         /*
1194          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1195          * the interrupt.
1196          */
1197         pri = td->td_priority;
1198         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1199             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1200                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1201                 ts->ts_cpu = self;
1202                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1203                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1204                         return (ts->ts_cpu);
1205                 }
1206         }
1207         /*
1208          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1209          * expired or it is idle run it there.
1210          */
1211         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1212         cg = tdq->tdq_cg;
1213         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1214             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1215             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1216                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1217                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1218                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1219                                         break;
1220                         }
1221                 } else
1222                         cpu = INT_MAX;
1223                 if (cpu > mp_maxid) {
1224                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1225                         return (ts->ts_cpu);
1226                 }
1227         }
1228         /*
1229          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1230          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1231          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1232          */
1233         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1234                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1235                         continue;
1236                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1237                         continue;
1238                 ccg = cg;
1239         }
1240         if (ccg != NULL)
1241                 cg = ccg;
1242         cpu = -1;
1243         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1244         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1245         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1246             cg->cg_mask != cpu_top->cg_mask)
1247                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1248                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1249         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1250         if (cpu == -1)
1251                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1252         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1253         if (cpu == -1)
1254                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1255         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1256         /*
1257          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1258          */
1259         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1260             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1261             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1262                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1263                 cpu = self;
1264         } else
1265                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1266         if (cpu != ts->ts_cpu)
1267                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1268         return (cpu);
1269 }
1270 #endif
1271
1272 /*
1273  * Pick the highest priority task we have and return it.
1274  */
1275 static struct thread *
1276 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1277 {
1278         struct thread *td;
1279
1280         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1281         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1282         if (td != NULL)
1283                 return (td);
1284         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1285         if (td != NULL) {
1286                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1287                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1288                     td->td_priority));
1289                 return (td);
1290         }
1291         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1292         if (td != NULL) {
1293                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1294                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1295                     td->td_priority));
1296                 return (td);
1297         }
1298
1299         return (NULL);
1300 }
1301
1302 /*
1303  * Initialize a thread queue.
1304  */
1305 static void
1306 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1307 {
1308
1309         if (bootverbose)
1310                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1311         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1312         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1313         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1314         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1315             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1316         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1317             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1318 #ifdef KTR
1319         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1320             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1321 #endif
1322 }
1323
1324 #ifdef SMP
1325 static void
1326 sched_setup_smp(void)
1327 {
1328         struct tdq *tdq;
1329         int i;
1330
1331         cpu_top = smp_topo();
1332         CPU_FOREACH(i) {
1333                 tdq = TDQ_CPU(i);
1334                 tdq_setup(tdq);
1335                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1336                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1337                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1338         }
1339         balance_tdq = TDQ_SELF();
1340         sched_balance();
1341 }
1342 #endif
1343
1344 /*
1345  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1346  * information.
1347  */
1348 static void
1349 sched_setup(void *dummy)
1350 {
1351         struct tdq *tdq;
1352
1353         tdq = TDQ_SELF();
1354 #ifdef SMP
1355         sched_setup_smp();
1356 #else
1357         tdq_setup(tdq);
1358 #endif
1359
1360         /* Add thread0's load since it's running. */
1361         TDQ_LOCK(tdq);
1362         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1363         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1364         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1365         TDQ_UNLOCK(tdq);
1366 }
1367
1368 /*
1369  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1370  */
1371 /* ARGSUSED */
1372 static void
1373 sched_initticks(void *dummy)
1374 {
1375         int incr;
1376
1377         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1378         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
1379         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1380             realstathz);
1381
1382         /*
1383          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1384          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1385          */
1386         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1387         /*
1388          * This does not work for values of stathz that are more than
1389          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1390          */
1391         if (incr == 0)
1392                 incr = 1;
1393         tickincr = incr;
1394 #ifdef SMP
1395         /*
1396          * Set the default balance interval now that we know
1397          * what realstathz is.
1398          */
1399         balance_interval = realstathz;
1400         /*
1401          * Set steal thresh to roughly log2(mp_ncpu) but no greater than 4. 
1402          * This prevents excess thrashing on large machines and excess idle 
1403          * on smaller machines.
1404          */
1405         steal_thresh = min(fls(mp_ncpus) - 1, 3);
1406         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1407 #endif
1408 }
1409
1410
1411 /*
1412  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1413  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1414  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1415  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1416  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1417  */
1418 static int
1419 sched_interact_score(struct thread *td)
1420 {
1421         struct td_sched *ts;
1422         int div;
1423
1424         ts = td->td_sched;
1425         /*
1426          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1427          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1428          * no chance.
1429          */
1430         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1431                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1432                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1433
1434         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1435                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1436                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1437                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1438         }
1439         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1440                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1441                 return (ts->ts_runtime / div);
1442         }
1443         /* runtime == slptime */
1444         if (ts->ts_runtime)
1445                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1446
1447         /*
1448          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1449          */
1450         return (0);
1451
1452 }
1453
1454 /*
1455  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1456  * process.
1457  */
1458 static void
1459 sched_priority(struct thread *td)
1460 {
1461         int score;
1462         int pri;
1463
1464         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1465                 return;
1466         /*
1467          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1468          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1469          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1470          *
1471          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1472          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1473          * utilization and the rest is decided by nice value.
1474          *
1475          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1476          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1477          * considered interactive.
1478          */
1479         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1480         if (score < sched_interact) {
1481                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1482                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1483                     sched_interact) * score;
1484                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1485                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1486                     pri, score));
1487         } else {
1488                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1489                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1490                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1491                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1492                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1493                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1494                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1495                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1496                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1497                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1498                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1499         }
1500         sched_user_prio(td, pri);
1501
1502         return;
1503 }
1504
1505 /*
1506  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1507  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1508  * function is ugly due to integer math.
1509  */
1510 static void
1511 sched_interact_update(struct thread *td)
1512 {
1513         struct td_sched *ts;
1514         u_int sum;
1515
1516         ts = td->td_sched;
1517         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1518         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1519                 return;
1520         /*
1521          * This only happens from two places:
1522          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1523          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1524          */
1525         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1526                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1527                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1528                         ts->ts_slptime = 1;
1529                 } else {
1530                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1531                         ts->ts_runtime = 1;
1532                 }
1533                 return;
1534         }
1535         /*
1536          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1537          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1538          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1539          */
1540         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1541                 ts->ts_runtime /= 2;
1542                 ts->ts_slptime /= 2;
1543                 return;
1544         }
1545         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1546         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1547 }
1548
1549 /*
1550  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1551  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1552  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1553  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1554  */
1555 static void
1556 sched_interact_fork(struct thread *td)
1557 {
1558         int ratio;
1559         int sum;
1560
1561         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1562         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1563                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1564                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1565                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1566         }
1567 }
1568
1569 /*
1570  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1571  */
1572 void
1573 schedinit(void)
1574 {
1575
1576         /*
1577          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1578          */
1579         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1580         thread0.td_sched = &td_sched0;
1581         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1582         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1583         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
1584 }
1585
1586 /*
1587  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1588  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1589  * at most sched_slice stathz ticks.
1590  */
1591 int
1592 sched_rr_interval(void)
1593 {
1594
1595         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1596         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1597 }
1598
1599 /*
1600  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1601  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1602  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1603  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1604  */
1605 static void
1606 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts)
1607 {
1608
1609         if (ts->ts_ticks == 0)
1610                 return;
1611         if (ticks - (hz / 10) < ts->ts_ltick &&
1612             SCHED_TICK_TOTAL(ts) < SCHED_TICK_MAX)
1613                 return;
1614         /*
1615          * Adjust counters and watermark for pctcpu calc.
1616          */
1617         if (ts->ts_ltick > ticks - SCHED_TICK_TARG)
1618                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ticks - ts->ts_ftick)) *
1619                             SCHED_TICK_TARG;
1620         else
1621                 ts->ts_ticks = 0;
1622         ts->ts_ltick = ticks;
1623         ts->ts_ftick = ts->ts_ltick - SCHED_TICK_TARG;
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1628  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1629  * functions.
1630  */
1631 static void
1632 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1633 {
1634         struct td_sched *ts;
1635         struct tdq *tdq;
1636         int oldpri;
1637
1638         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1639             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1640             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1641         SDT_PROBE3(sched, , , change_pri, td, td->td_proc, prio);
1642         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1643                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1644                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1645                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1646                 SDT_PROBE4(sched, , , lend_pri, td, td->td_proc, prio, 
1647                     curthread);
1648         } 
1649         ts = td->td_sched;
1650         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1651         if (td->td_priority == prio)
1652                 return;
1653         /*
1654          * If the priority has been elevated due to priority
1655          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1656          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1657          * cases.
1658          */
1659         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1660                 sched_rem(td);
1661                 td->td_priority = prio;
1662                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1663                 return;
1664         }
1665         /*
1666          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1667          * information so other cpus are aware of our current priority.
1668          */
1669         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1670                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1671                 oldpri = td->td_priority;
1672                 td->td_priority = prio;
1673                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1674                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1675                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1676                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1677                 return;
1678         }
1679         td->td_priority = prio;
1680 }
1681
1682 /*
1683  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1684  * priority.
1685  */
1686 void
1687 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1688 {
1689
1690         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1691         sched_thread_priority(td, prio);
1692 }
1693
1694 /*
1695  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1696  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1697  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1698  * requests.  If the thread's regular priority is less
1699  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1700  * of prio.
1701  */
1702 void
1703 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1704 {
1705         u_char base_pri;
1706
1707         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1708             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1709                 base_pri = td->td_user_pri;
1710         else
1711                 base_pri = td->td_base_pri;
1712         if (prio >= base_pri) {
1713                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1714                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1715         } else
1716                 sched_lend_prio(td, prio);
1717 }
1718
1719 /*
1720  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1721  */
1722 void
1723 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1724 {
1725         u_char oldprio;
1726
1727         /* First, update the base priority. */
1728         td->td_base_pri = prio;
1729
1730         /*
1731          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1732          * ever lower the priority.
1733          */
1734         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1735                 return;
1736
1737         /* Change the real priority. */
1738         oldprio = td->td_priority;
1739         sched_thread_priority(td, prio);
1740
1741         /*
1742          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1743          * its state.
1744          */
1745         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1746                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1747 }
1748
1749 /*
1750  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1751  */
1752 void
1753 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1754 {
1755         u_char oldprio;
1756
1757         td->td_base_user_pri = prio;
1758         if (td->td_flags & TDF_UBORROWING && td->td_user_pri <= prio)
1759                 return;
1760         oldprio = td->td_user_pri;
1761         td->td_user_pri = prio;
1762 }
1763
1764 void
1765 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1766 {
1767         u_char oldprio;
1768
1769         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1770         td->td_flags |= TDF_UBORROWING;
1771         oldprio = td->td_user_pri;
1772         td->td_user_pri = prio;
1773 }
1774
1775 void
1776 sched_unlend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1777 {
1778         u_char base_pri;
1779
1780         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1781         base_pri = td->td_base_user_pri;
1782         if (prio >= base_pri) {
1783                 td->td_flags &= ~TDF_UBORROWING;
1784                 sched_user_prio(td, base_pri);
1785         } else {
1786                 sched_lend_user_prio(td, prio);
1787         }
1788 }
1789
1790 /*
1791  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1792  * cpu binding.
1793  */
1794 static struct mtx *
1795 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1796 {
1797         struct tdq *tdn;
1798
1799         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1800 #ifdef SMP
1801         tdq_load_rem(tdq, td);
1802         /*
1803          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1804          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1805          * not holding either run-queue lock.
1806          */
1807         spinlock_enter();
1808         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1809
1810         /*
1811          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1812          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1813          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1814          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1815          * question while the target processor is spinning with its own
1816          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1817          */
1818         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1819         tdq_add(tdn, td, flags);
1820         tdq_notify(tdn, td);
1821         TDQ_UNLOCK(tdn);
1822         spinlock_exit();
1823 #endif
1824         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1825 }
1826
1827 /*
1828  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1829  * is blocked.
1830  */
1831 static inline void
1832 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1833 {
1834         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1835             (uintptr_t)mtx);
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1840  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1841  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1842  * be assigned elsewhere via binding.
1843  */
1844 void
1845 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1846 {
1847         struct tdq *tdq;
1848         struct td_sched *ts;
1849         struct mtx *mtx;
1850         int srqflag;
1851         int cpuid, preempted;
1852
1853         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1854         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1855
1856         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1857         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1858         ts = td->td_sched;
1859         mtx = td->td_lock;
1860         ts->ts_rltick = ticks;
1861         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1862         td->td_oncpu = NOCPU;
1863         preempted = !(td->td_flags & TDF_SLICEEND);
1864         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1865         td->td_owepreempt = 0;
1866         tdq->tdq_switchcnt++;
1867         /*
1868          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1869          * to CAN_RUN as well.
1870          */
1871         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1872                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1873                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1874         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1875                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1876                 srqflag = preempted ?
1877                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1878                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1879 #ifdef SMP
1880                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1881                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1882 #endif
1883                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1884                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1885                 else {
1886                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1887                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1888                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1889                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1890                 }
1891         } else {
1892                 /* This thread must be going to sleep. */
1893                 TDQ_LOCK(tdq);
1894                 mtx = thread_lock_block(td);
1895                 tdq_load_rem(tdq, td);
1896         }
1897         /*
1898          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1899          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1900          * thread-queue locked.
1901          */
1902         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1903         newtd = choosethread();
1904         /*
1905          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1906          */
1907         if (td != newtd) {
1908 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1909                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1910                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1911 #endif
1912                 SDT_PROBE2(sched, , , off_cpu, newtd, newtd->td_proc);
1913                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1914                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1915
1916 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1917                 /*
1918                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1919                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1920                  * function to call.
1921                  */
1922                 if (dtrace_vtime_active)
1923                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1924 #endif
1925
1926                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1927                 /*
1928                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1929                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1930                  * run queue lock.
1931                  */
1932                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1933                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1934                 lock_profile_obtain_lock_success(
1935                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1936
1937                 SDT_PROBE0(sched, , , on_cpu);
1938 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1939                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1940                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1941 #endif
1942         } else {
1943                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1944                 SDT_PROBE0(sched, , , remain_cpu);
1945         }
1946         /*
1947          * Assert that all went well and return.
1948          */
1949         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1950         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1951         td->td_oncpu = cpuid;
1952 }
1953
1954 /*
1955  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1956  */
1957 void
1958 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1959 {
1960         struct thread *td;
1961
1962         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1963
1964         p->p_nice = nice;
1965         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1966                 thread_lock(td);
1967                 sched_priority(td);
1968                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1969                 thread_unlock(td);
1970         }
1971 }
1972
1973 /*
1974  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1975  */
1976 void
1977 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1978 {
1979
1980         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1981
1982         td->td_slptick = ticks;
1983         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1984                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1985         if (static_boost == 1 && prio)
1986                 sched_prio(td, prio);
1987         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1988                 sched_prio(td, static_boost);
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1993  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1994  */
1995 void
1996 sched_wakeup(struct thread *td)
1997 {
1998         struct td_sched *ts;
1999         int slptick;
2000
2001         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2002         ts = td->td_sched;
2003         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2004         /*
2005          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2006          * priority.
2007          */
2008         slptick = td->td_slptick;
2009         td->td_slptick = 0;
2010         if (slptick && slptick != ticks) {
2011                 u_int hzticks;
2012
2013                 hzticks = (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2014                 ts->ts_slptime += hzticks;
2015                 sched_interact_update(td);
2016                 sched_pctcpu_update(ts);
2017         }
2018         /* Reset the slice value after we sleep. */
2019         ts->ts_slice = sched_slice;
2020         sched_add(td, SRQ_BORING);
2021 }
2022
2023 /*
2024  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2025  * priority.
2026  */
2027 void
2028 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2029 {
2030         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2031         sched_fork_thread(td, child);
2032         /*
2033          * Penalize the parent and child for forking.
2034          */
2035         sched_interact_fork(child);
2036         sched_priority(child);
2037         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2038         sched_interact_update(td);
2039         sched_priority(td);
2040 }
2041
2042 /*
2043  * Fork a new thread, may be within the same process.
2044  */
2045 void
2046 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2047 {
2048         struct td_sched *ts;
2049         struct td_sched *ts2;
2050
2051         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2052         /*
2053          * Initialize child.
2054          */
2055         ts = td->td_sched;
2056         ts2 = child->td_sched;
2057         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
2058         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2059         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2060         ts2->ts_flags = 0;
2061         /*
2062          * Grab our parents cpu estimation information.
2063          */
2064         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2065         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2066         ts2->ts_incrtick = ts->ts_incrtick;
2067         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2068         /*
2069          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2070          */
2071         child->td_priority = child->td_base_pri;
2072         /*
2073          * And update interactivity score.
2074          */
2075         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2076         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2077         ts2->ts_slice = 1;      /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2078 #ifdef KTR
2079         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2080 #endif
2081 }
2082
2083 /*
2084  * Adjust the priority class of a thread.
2085  */
2086 void
2087 sched_class(struct thread *td, int class)
2088 {
2089
2090         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2091         if (td->td_pri_class == class)
2092                 return;
2093         td->td_pri_class = class;
2094 }
2095
2096 /*
2097  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2098  */
2099 void
2100 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2101 {
2102         struct thread *td;
2103
2104         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2105             "prio:%d", child->td_priority);
2106         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2107         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2108         sched_exit_thread(td, child);
2109 }
2110
2111 /*
2112  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2113  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2114  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2115  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2116  */
2117 void
2118 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2119 {
2120
2121         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2122             "prio:%d", child->td_priority);
2123         /*
2124          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2125          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2126          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2127          */
2128         thread_lock(td);
2129         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2130         sched_interact_update(td);
2131         sched_priority(td);
2132         thread_unlock(td);
2133 }
2134
2135 void
2136 sched_preempt(struct thread *td)
2137 {
2138         struct tdq *tdq;
2139
2140         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2141
2142         thread_lock(td);
2143         tdq = TDQ_SELF();
2144         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2145         tdq->tdq_ipipending = 0;
2146         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2147                 int flags;
2148
2149                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2150                 if (td->td_critnest > 1)
2151                         td->td_owepreempt = 1;
2152                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2153                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2154                 else
2155                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2156         }
2157         thread_unlock(td);
2158 }
2159
2160 /*
2161  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2162  * to static priorities in msleep() or similar.
2163  */
2164 void
2165 sched_userret(struct thread *td)
2166 {
2167         /*
2168          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2169          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2170          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2171          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2172          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2173          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2174          * it perfectly here.
2175          */
2176         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2177             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2178         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2179                 thread_lock(td);
2180                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2181                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2182                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2183                 thread_unlock(td);
2184         }
2185 }
2186
2187 /*
2188  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2189  * threads.
2190  */
2191 void
2192 sched_clock(struct thread *td)
2193 {
2194         struct tdq *tdq;
2195         struct td_sched *ts;
2196
2197         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2198         tdq = TDQ_SELF();
2199 #ifdef SMP
2200         /*
2201          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2202          */
2203         if (balance_tdq == tdq) {
2204                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2205                         sched_balance();
2206         }
2207 #endif
2208         /*
2209          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2210          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2211          * If there is some activity seed it to reflect that.
2212          */
2213         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2214         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2215         /*
2216          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2217          * threads get a chance to run.
2218          */
2219         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2220                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2221                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2222                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2223         }
2224         ts = td->td_sched;
2225         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2226                 return;
2227         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2228                 /*
2229                  * We used a tick; charge it to the thread so
2230                  * that we can compute our interactivity.
2231                  */
2232                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2233                 sched_interact_update(td);
2234                 sched_priority(td);
2235         }
2236
2237         /*
2238          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2239          * time slice (default is 100ms).
2240          */
2241         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
2242                 ts->ts_slice = sched_slice;
2243                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2244         }
2245 }
2246
2247 /*
2248  * Called once per hz tick.  Used for cpu utilization information.  This
2249  * is easier than trying to scale based on stathz.
2250  */
2251 void
2252 sched_tick(void)
2253 {
2254         struct td_sched *ts;
2255
2256         ts = curthread->td_sched;
2257         /*
2258          * Ticks is updated asynchronously on a single cpu.  Check here to
2259          * avoid incrementing ts_ticks multiple times in a single tick.
2260          */
2261         if (ts->ts_incrtick == ticks)
2262                 return;
2263         /* Adjust ticks for pctcpu */
2264         ts->ts_ticks += 1 << SCHED_TICK_SHIFT;
2265         ts->ts_ltick = ticks;
2266         ts->ts_incrtick = ticks;
2267         /*
2268          * Update if we've exceeded our desired tick threshold by over one
2269          * second.
2270          */
2271         if (ts->ts_ftick + SCHED_TICK_MAX < ts->ts_ltick)
2272                 sched_pctcpu_update(ts);
2273 }
2274
2275 /*
2276  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2277  * cooperative idle threads.
2278  */
2279 int
2280 sched_runnable(void)
2281 {
2282         struct tdq *tdq;
2283         int load;
2284
2285         load = 1;
2286
2287         tdq = TDQ_SELF();
2288         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2289                 if (tdq->tdq_load > 0)
2290                         goto out;
2291         } else
2292                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2293                         goto out;
2294         load = 0;
2295 out:
2296         return (load);
2297 }
2298
2299 /*
2300  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2301  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2302  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2303  */
2304 struct thread *
2305 sched_choose(void)
2306 {
2307         struct thread *td;
2308         struct tdq *tdq;
2309
2310         tdq = TDQ_SELF();
2311         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2312         td = tdq_choose(tdq);
2313         if (td) {
2314                 td->td_sched->ts_ltick = ticks;
2315                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2316                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2317                 return (td);
2318         }
2319         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2320         return (PCPU_GET(idlethread));
2321 }
2322
2323 /*
2324  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2325  * we always request it once we exit a critical section.
2326  */
2327 static inline void
2328 sched_setpreempt(struct thread *td)
2329 {
2330         struct thread *ctd;
2331         int cpri;
2332         int pri;
2333
2334         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2335
2336         ctd = curthread;
2337         pri = td->td_priority;
2338         cpri = ctd->td_priority;
2339         if (pri < cpri)
2340                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2341         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2342                 return;
2343         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2344                 return;
2345         ctd->td_owepreempt = 1;
2346 }
2347
2348 /*
2349  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2350  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2351  * predetermined.
2352  */
2353 void
2354 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2355 {
2356
2357         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2358         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2359             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2360         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2361             ("sched_add: bad thread state"));
2362         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2363             ("sched_add: thread swapped out"));
2364
2365         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2366                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2367         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2368         tdq_load_add(tdq, td);
2369 }
2370
2371 /*
2372  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2373  * preemption or IPI a remote processor if required.
2374  */
2375 void
2376 sched_add(struct thread *td, int flags)
2377 {
2378         struct tdq *tdq;
2379 #ifdef SMP
2380         int cpu;
2381 #endif
2382
2383         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2384             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2385             sched_tdname(curthread));
2386         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2387             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2388         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2389             flags & SRQ_PREEMPTED);
2390         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2391         /*
2392          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2393          * run-queue.
2394          */
2395         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2396                 sched_priority(td);
2397 #ifdef SMP
2398         /*
2399          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2400          * target cpu.
2401          */
2402         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2403         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2404         tdq_add(tdq, td, flags);
2405         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2406                 tdq_notify(tdq, td);
2407                 return;
2408         }
2409 #else
2410         tdq = TDQ_SELF();
2411         TDQ_LOCK(tdq);
2412         /*
2413          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2414          * to the scheduler's lock.
2415          */
2416         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2417         tdq_add(tdq, td, flags);
2418 #endif
2419         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2420                 sched_setpreempt(td);
2421 }
2422
2423 /*
2424  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2425  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2426  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2427  */
2428 void
2429 sched_rem(struct thread *td)
2430 {
2431         struct tdq *tdq;
2432
2433         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2434             "prio:%d", td->td_priority);
2435         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2436         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2437         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2438         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2439         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2440             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2441         tdq_runq_rem(tdq, td);
2442         tdq_load_rem(tdq, td);
2443         TD_SET_CAN_RUN(td);
2444         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2445                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2446 }
2447
2448 /*
2449  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2450  */
2451 fixpt_t
2452 sched_pctcpu(struct thread *td)
2453 {
2454         fixpt_t pctcpu;
2455         struct td_sched *ts;
2456
2457         pctcpu = 0;
2458         ts = td->td_sched;
2459         if (ts == NULL)
2460                 return (0);
2461
2462         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2463         if (ts->ts_ticks) {
2464                 int rtick;
2465
2466                 sched_pctcpu_update(ts);
2467                 /* How many rtick per second ? */
2468                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2469                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2470         }
2471
2472         return (pctcpu);
2473 }
2474
2475 /*
2476  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2477  * cpumask.
2478  */
2479 void
2480 sched_affinity(struct thread *td)
2481 {
2482 #ifdef SMP
2483         struct td_sched *ts;
2484
2485         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2486         ts = td->td_sched;
2487         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2488                 return;
2489         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2490                 sched_rem(td);
2491                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2492                 return;
2493         }
2494         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2495                 return;
2496         /*
2497          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2498          * target thread is not running locally send an ipi to force
2499          * the issue.
2500          */
2501         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2502         if (td != curthread)
2503                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2504 #endif
2505 }
2506
2507 /*
2508  * Bind a thread to a target cpu.
2509  */
2510 void
2511 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2512 {
2513         struct td_sched *ts;
2514
2515         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2516         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2517         ts = td->td_sched;
2518         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2519                 sched_unbind(td);
2520         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2521         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2522         sched_pin();
2523         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2524                 return;
2525         ts->ts_cpu = cpu;
2526         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2527         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * Release a bound thread.
2532  */
2533 void
2534 sched_unbind(struct thread *td)
2535 {
2536         struct td_sched *ts;
2537
2538         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2539         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2540         ts = td->td_sched;
2541         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2542                 return;
2543         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2544         sched_unpin();
2545 }
2546
2547 int
2548 sched_is_bound(struct thread *td)
2549 {
2550         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2551         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2552 }
2553
2554 /*
2555  * Basic yield call.
2556  */
2557 void
2558 sched_relinquish(struct thread *td)
2559 {
2560         thread_lock(td);
2561         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2562         thread_unlock(td);
2563 }
2564
2565 /*
2566  * Return the total system load.
2567  */
2568 int
2569 sched_load(void)
2570 {
2571 #ifdef SMP
2572         int total;
2573         int i;
2574
2575         total = 0;
2576         CPU_FOREACH(i)
2577                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2578         return (total);
2579 #else
2580         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2581 #endif
2582 }
2583
2584 int
2585 sched_sizeof_proc(void)
2586 {
2587         return (sizeof(struct proc));
2588 }
2589
2590 int
2591 sched_sizeof_thread(void)
2592 {
2593         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2594 }
2595
2596 #ifdef SMP
2597 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2598     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2599 #else
2600 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2601 #endif
2602
2603 /*
2604  * The actual idle process.
2605  */
2606 void
2607 sched_idletd(void *dummy)
2608 {
2609         struct thread *td;
2610         struct tdq *tdq;
2611         int switchcnt;
2612         int i;
2613
2614         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2615         td = curthread;
2616         tdq = TDQ_SELF();
2617         for (;;) {
2618 #ifdef SMP
2619                 if (tdq_idled(tdq) == 0)
2620                         continue;
2621 #endif
2622                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2623                 /*
2624                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2625                  * for load rather than entering a low power state that 
2626                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2627                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2628                  * cycles from cores doing useful work.
2629                  */
2630                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2631                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2632                                 if (tdq->tdq_load)
2633                                         break;
2634                                 cpu_spinwait();
2635                         }
2636                 }
2637                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2638                 if (tdq->tdq_load == 0)
2639                         cpu_idle(switchcnt > 1);
2640                 if (tdq->tdq_load) {
2641                         thread_lock(td);
2642                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2643                         thread_unlock(td);
2644                 }
2645         }
2646 }
2647
2648 /*
2649  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2650  */
2651 void
2652 sched_throw(struct thread *td)
2653 {
2654         struct thread *newtd;
2655         struct tdq *tdq;
2656
2657         tdq = TDQ_SELF();
2658         if (td == NULL) {
2659                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2660                 TDQ_LOCK(tdq);
2661                 spinlock_exit();
2662                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2663                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2664         } else {
2665                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2666                 tdq_load_rem(tdq, td);
2667                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2668         }
2669         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2670         newtd = choosethread();
2671         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2672         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2673 }
2674
2675 /*
2676  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2677  * let fork do the rest of the work.
2678  */
2679 void
2680 sched_fork_exit(struct thread *td)
2681 {
2682         struct td_sched *ts;
2683         struct tdq *tdq;
2684         int cpuid;
2685
2686         /*
2687          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2688          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2689          */
2690         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2691         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2692         ts = td->td_sched;
2693         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2694                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2695         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2696         td->td_oncpu = cpuid;
2697         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2698         lock_profile_obtain_lock_success(
2699             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2704  */
2705 char *
2706 sched_tdname(struct thread *td)
2707 {
2708 #ifdef KTR
2709         struct td_sched *ts;
2710
2711         ts = td->td_sched;
2712         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2713                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2714                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2715         return (ts->ts_name);
2716 #else
2717         return (td->td_name);
2718 #endif
2719 }
2720
2721 #ifdef KTR
2722 void
2723 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2724 {
2725         struct td_sched *ts;
2726
2727         ts = td->td_sched;
2728         ts->ts_name[0] = '\0';
2729 }
2730 #endif
2731
2732 #ifdef SMP
2733
2734 /*
2735  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2736  * the topology tree.
2737  */
2738 static int
2739 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2740     int indent)
2741 {
2742         int i, first;
2743
2744         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2745             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2746         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"0x%x\">", indent, "",
2747             cg->cg_count, cg->cg_mask);
2748         first = TRUE;
2749         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2750                 if ((cg->cg_mask & (1 << i)) != 0) {
2751                         if (!first)
2752                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2753                         else
2754                                 first = FALSE;
2755                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2756                 }
2757         }
2758         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2759
2760         if (cg->cg_flags != 0) {
2761                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2762                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2763                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2764                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2765                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2766                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2767                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2768                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2769         }
2770
2771         if (cg->cg_children > 0) {
2772                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2773                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2774                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2775                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2776                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2777         }
2778         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2779         return (0);
2780 }
2781
2782 /*
2783  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2784  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2785  */
2786 static int
2787 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2788 {
2789         struct sbuf *topo;
2790         int err;
2791
2792         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2793
2794         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2795         if (topo == NULL)
2796                 return (ENOMEM);
2797
2798         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2799         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2800         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2801
2802         if (err == 0) {
2803                 sbuf_finish(topo);
2804                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2805         }
2806         sbuf_delete(topo);
2807         return (err);
2808 }
2809 #endif
2810
2811 static int
2812 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2813 {
2814         int error, new_val, period;
2815
2816         period = 1000000 / realstathz;
2817         new_val = period * sched_slice;
2818         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2819         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2820                 return (error);
2821         if (new_val <= 0)
2822                 return (EINVAL);
2823         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2824         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2825             realstathz);
2826         return (0);
2827 }
2828
2829 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2830 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2831     "Scheduler name");
2832 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2833     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2834     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2835 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2836     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2837 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2838     "Interactivity score threshold");
2839 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2840     &preempt_thresh, 0,
2841     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2842 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2843     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2844 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2845     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2846 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2847     &sched_idlespinthresh, 0,
2848     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2849 #ifdef SMP
2850 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2851     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2852 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2853     "Enables the long-term load balancer");
2854 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2855     &balance_interval, 0,
2856     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2857 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2858     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2859 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2860     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2861 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2862     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2863     "XML dump of detected CPU topology");
2864 #endif
2865
2866 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2867 static int ccpu = 0;
2868 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");