]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
Merge OpenSSL 1.0.2g.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_sched.h"
43
44 #include <sys/param.h>
45 #include <sys/systm.h>
46 #include <sys/kdb.h>
47 #include <sys/kernel.h>
48 #include <sys/ktr.h>
49 #include <sys/limits.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtx.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int                             dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #define KTR_ULE 0
81
82 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
83 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
84 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
85
86 /*
87  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
88  * by the thread lock.
89  */
90 struct td_sched {       
91         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
92         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
93         int             ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
94         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
95         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
96         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
97         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
98         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
99         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
100         int             ts_ticks;       /* Tick count */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105 /* flags kept in ts_flags */
106 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
107 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
108
109 static struct td_sched td_sched0;
110
111 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
112 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
113     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
114
115 /*
116  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
117  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
118  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
119  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
120  * ranges supporting nice values.
121  */
122 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
123 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
124 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
125
126 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
127 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
128 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
129 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
130
131 /*
132  * Cpu percentage computation macros and defines.
133  *
134  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
135  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
136  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
137  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
138  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
139  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
140  */
141 #define SCHED_TICK_SECS         10
142 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
143 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
144 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
145 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
146 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
147
148 /*
149  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
150  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
151  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
152  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
153  * or positive nice respectively.
154  *
155  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
156  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
157  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
158  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
159  */
160 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
161 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
162 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
163 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
164 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
165 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
166     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
167     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
168 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
169
170 /*
171  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
172  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
173  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
174  * models the intent of the thread.
175  *
176  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
177  *              before throttling back.
178  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
179  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
180  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
181  */
182 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
183 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
184 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
185 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
186 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
187
188 /*
189  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
190  */
191 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
192 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
193
194 /* Flags kept in td_flags. */
195 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
196
197 /*
198  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
199  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
200  *                      due to rounding would be unacceptably high.
201  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
202  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
203  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
204  */
205 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
206 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
207 static int realstathz = 127;    /* reset during boot. */
208 static int sched_slice = 10;    /* reset during boot. */
209 static int sched_slice_min = 1; /* reset during boot. */
210 #ifdef PREEMPTION
211 #ifdef FULL_PREEMPTION
212 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
213 #else
214 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
215 #endif
216 #else 
217 static int preempt_thresh = 0;
218 #endif
219 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
220 static int sched_idlespins = 10000;
221 static int sched_idlespinthresh = -1;
222
223 /*
224  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
225  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
226  * locking in sched_pickcpu();
227  */
228 struct tdq {
229         /* 
230          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
231          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
232          * tdq_cpu_idle.
233          */
234         struct mtx_padalign tdq_lock;           /* run queue lock. */
235         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
236         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
237         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
238         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
239         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
240         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
241         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
242         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
243         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
244         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
245         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
246         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
247         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
248         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
249         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
250 #ifdef KTR
251         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
252 #endif
253 } __aligned(64);
254
255 /* Idle thread states and config. */
256 #define TDQ_RUNNING     1
257 #define TDQ_IDLE        2
258
259 #ifdef SMP
260 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
261
262 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
263 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
264
265 /*
266  * Run-time tunables.
267  */
268 static int rebalance = 1;
269 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
270 static int affinity;
271 static int steal_idle = 1;
272 static int steal_thresh = 2;
273
274 /*
275  * One thread queue per processor.
276  */
277 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
278 static struct tdq       *balance_tdq;
279 static int balance_ticks;
280 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
281
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
284 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
285 #else   /* !SMP */
286 static struct tdq       tdq_cpu;
287
288 #define TDQ_ID(x)       (0)
289 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
290 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
291 #endif
292
293 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
294 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
295 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
296 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
297 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
298
299 static void sched_priority(struct thread *);
300 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
301 static int sched_interact_score(struct thread *);
302 static void sched_interact_update(struct thread *);
303 static void sched_interact_fork(struct thread *);
304 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
305
306 /* Operations on per processor queues */
307 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
308 static void tdq_setup(struct tdq *);
309 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
310 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
311 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
312 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
313 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
314 void tdq_print(int cpu);
315 static void runq_print(struct runq *rq);
316 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
317 #ifdef SMP
318 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
319 static int tdq_idled(struct tdq *);
320 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
321 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
322 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
323 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
324 static void sched_balance(void);
325 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
326 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
327 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
328 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
329 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
330 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
331     struct cpu_group *cg, int indent);
332 #endif
333
334 static void sched_setup(void *dummy);
335 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
336
337 static void sched_initticks(void *dummy);
338 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
339     NULL);
340
341 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
342
343 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
344     "struct proc *", "uint8_t");
345 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
346     "struct proc *", "void *");
347 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
348     "struct proc *", "void *", "int");
349 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
350     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
351 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
352 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
353     "struct proc *");
354 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
355 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
356 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
357     "struct proc *");
358
359 /*
360  * Print the threads waiting on a run-queue.
361  */
362 static void
363 runq_print(struct runq *rq)
364 {
365         struct rqhead *rqh;
366         struct thread *td;
367         int pri;
368         int j;
369         int i;
370
371         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
372                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
373                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
374                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
375                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
376                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
377                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
378                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
379                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
380                                             td, td->td_name, td->td_priority,
381                                             td->td_rqindex, pri);
382                                 }
383                         }
384         }
385 }
386
387 /*
388  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
389  */
390 void
391 tdq_print(int cpu)
392 {
393         struct tdq *tdq;
394
395         tdq = TDQ_CPU(cpu);
396
397         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
398         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
399         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
400         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
401         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
402         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
403         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
404         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
405         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
406         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
407         printf("\trealtime runq:\n");
408         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
409         printf("\ttimeshare runq:\n");
410         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
411         printf("\tidle runq:\n");
412         runq_print(&tdq->tdq_idle);
413 }
414
415 static inline int
416 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
417 {
418         /*
419          * If the new priority is not better than the current priority there is
420          * nothing to do.
421          */
422         if (pri >= cpri)
423                 return (0);
424         /*
425          * Always preempt idle.
426          */
427         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
428                 return (1);
429         /*
430          * If preemption is disabled don't preempt others.
431          */
432         if (preempt_thresh == 0)
433                 return (0);
434         /*
435          * Preempt if we exceed the threshold.
436          */
437         if (pri <= preempt_thresh)
438                 return (1);
439         /*
440          * If we're interactive or better and there is non-interactive
441          * or worse running preempt only remote processors.
442          */
443         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
444                 return (1);
445         return (0);
446 }
447
448 /*
449  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
450  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
451  * queue position for timeshare threads.
452  */
453 static __inline void
454 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
455 {
456         struct td_sched *ts;
457         u_char pri;
458
459         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
460         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
461
462         pri = td->td_priority;
463         ts = td->td_sched;
464         TD_SET_RUNQ(td);
465         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
466                 tdq->tdq_transferable++;
467                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
468         }
469         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
470                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
471         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
472                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
473                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
474                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
475                 /*
476                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
477                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
478                  */
479                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
480                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
481                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
482                         /*
483                          * This effectively shortens the queue by one so we
484                          * can have a one slot difference between idx and
485                          * ridx while we wait for threads to drain.
486                          */
487                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
488                             pri == tdq->tdq_ridx)
489                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
490                 } else
491                         pri = tdq->tdq_ridx;
492                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
493                 return;
494         } else
495                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
496         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
497 }
498
499 /* 
500  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
501  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
502  * transferable count does not reflect them.
503  */
504 static __inline void
505 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
506 {
507         struct td_sched *ts;
508
509         ts = td->td_sched;
510         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
511         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
512             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
513         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
514                 tdq->tdq_transferable--;
515                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
516         }
517         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
518                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
519                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
520                 else
521                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
522         } else
523                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
524 }
525
526 /*
527  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
528  * for this thread to the referenced thread queue.
529  */
530 static void
531 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
532 {
533
534         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
535         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
536
537         tdq->tdq_load++;
538         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
539                 tdq->tdq_sysload++;
540         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
541         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
542 }
543
544 /*
545  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
546  * exiting.
547  */
548 static void
549 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
550 {
551
552         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
553         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
554         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
555             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
556
557         tdq->tdq_load--;
558         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
559                 tdq->tdq_sysload--;
560         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
561         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
562 }
563
564 /*
565  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
566  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
567  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
568  * no less than sched_slice_min runtime.
569  */
570 static inline int
571 tdq_slice(struct tdq *tdq)
572 {
573         int load;
574
575         /*
576          * It is safe to use sys_load here because this is called from
577          * contexts where timeshare threads are running and so there
578          * cannot be higher priority load in the system.
579          */
580         load = tdq->tdq_sysload - 1;
581         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
582                 return (sched_slice_min);
583         if (load <= 1)
584                 return (sched_slice);
585         return (sched_slice / load);
586 }
587
588 /*
589  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
590  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
591  */
592 static void
593 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
594 {
595         struct thread *td;
596
597         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
598         if (ctd == NULL)
599                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
600         td = tdq_choose(tdq);
601         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
602                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
603         else
604                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
605 }
606
607 #ifdef SMP
608 /*
609  * We need some randomness. Implement a classic Linear Congruential
610  * Generator X_{n+1}=(aX_n+c) mod m. These values are optimized for
611  * m = 2^32, a = 69069 and c = 5. We only return the upper 16 bits
612  * of the random state (in the low bits of our answer) to keep
613  * the maximum randomness.
614  */
615 static uint32_t
616 sched_random(void)
617 {
618         uint32_t *rndptr;
619
620         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
621         *rndptr = *rndptr * 69069 + 5;
622
623         return (*rndptr >> 16);
624 }
625
626 struct cpu_search {
627         cpuset_t cs_mask;
628         u_int   cs_prefer;
629         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
630         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
631         int     cs_cpu;
632         int     cs_load;
633 };
634
635 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
636 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
637 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
638
639 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
640         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
641                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
642
643 static __always_inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg,
644     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high, const int match);
645 int __noinline cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg,
646     struct cpu_search *low);
647 int __noinline cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg,
648     struct cpu_search *high);
649 int __noinline cpu_search_both(const struct cpu_group *cg,
650     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high);
651
652 /*
653  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
654  * according to the match argument.  This routine actually compares the
655  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
656  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
657  * the system.  This balances work among caches and busses.
658  *
659  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
660  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
661  * also recursive to the depth of the tree.
662  */
663 static __always_inline int
664 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
665     struct cpu_search *high, const int match)
666 {
667         struct cpu_search lgroup;
668         struct cpu_search hgroup;
669         cpuset_t cpumask;
670         struct cpu_group *child;
671         struct tdq *tdq;
672         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd;
673
674         total = 0;
675         cpumask = cg->cg_mask;
676         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
677                 lload = INT_MAX;
678                 lgroup = *low;
679         }
680         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
681                 hload = INT_MIN;
682                 hgroup = *high;
683         }
684
685         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
686         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
687                 if (i == 0) {
688 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
689                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
690 #else
691                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
692                                 cpu--;
693 #endif
694                         if (cpu < 0)
695                                 break;
696                         child = NULL;
697                 } else
698                         child = &cg->cg_child[i - 1];
699
700                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
701                         lgroup.cs_cpu = -1;
702                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
703                         hgroup.cs_cpu = -1;
704                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
705                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
706                         switch (match) {
707                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
708                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
709                                 break;
710                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
711                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
712                                 break;
713                         case CPU_SEARCH_BOTH:
714                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
715                                 break;
716                         }
717                 } else {                        /* Handle child CPU. */
718                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
719                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
720                         load = tdq->tdq_load * 256;
721                         rnd = sched_random() % 32;
722                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
723                                 if (cpu == low->cs_prefer)
724                                         load -= 64;
725                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
726                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
727                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
728                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
729                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
730                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
731                                 }
732                         }
733                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
734                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
735                                     tdq->tdq_transferable &&
736                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
737                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
738                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
739                                 }
740                 }
741                 total += load;
742
743                 /* We have info about child item. Compare it. */
744                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
745                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
746                             (load < lload ||
747                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
748                                 lload = load;
749                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
750                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
751                         }
752                 }
753                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
754                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
755                             (load > hload ||
756                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
757                                 hload = load;
758                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
759                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
760                         }
761                 if (child) {
762                         i--;
763                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
764                                 break;
765                 }
766 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
767                 else
768                         cpu--;
769 #endif
770         }
771         return (total);
772 }
773
774 /*
775  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
776  * optimization.
777  */
778 int
779 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
780 {
781         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
782 }
783
784 int
785 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
786 {
787         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
788 }
789
790 int
791 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
792     struct cpu_search *high)
793 {
794         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
795 }
796
797 /*
798  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
799  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
800  * acceptable.
801  */
802 static inline int
803 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
804     int prefer)
805 {
806         struct cpu_search low;
807
808         low.cs_cpu = -1;
809         low.cs_prefer = prefer;
810         low.cs_mask = mask;
811         low.cs_pri = pri;
812         low.cs_limit = maxload;
813         cpu_search_lowest(cg, &low);
814         return low.cs_cpu;
815 }
816
817 /*
818  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
819  */
820 static inline int
821 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
822 {
823         struct cpu_search high;
824
825         high.cs_cpu = -1;
826         high.cs_mask = mask;
827         high.cs_limit = minload;
828         cpu_search_highest(cg, &high);
829         return high.cs_cpu;
830 }
831
832 static void
833 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
834 {
835         cpuset_t hmask, lmask;
836         int high, low, anylow;
837
838         CPU_FILL(&hmask);
839         for (;;) {
840                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
841                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
842                 if (high == -1)
843                         break;
844                 CPU_CLR(high, &hmask);
845                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
846                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
847                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
848                         break;
849                 anylow = 1;
850 nextlow:
851                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
852                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
853                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
854                 if (anylow && low == -1)
855                         break;
856                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
857                 if (low == -1)
858                         continue;
859                 /* Transfer thread from high to low. */
860                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
861                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
862                         CPU_CLR(low, &hmask);
863                 } else {
864                         /*
865                          * If failed, then there is no threads on high
866                          * that can run on this low. Drop low from low
867                          * mask and look for different one.
868                          */
869                         CPU_CLR(low, &lmask);
870                         anylow = 0;
871                         goto nextlow;
872                 }
873         }
874 }
875
876 static void
877 sched_balance(void)
878 {
879         struct tdq *tdq;
880
881         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
882                 return;
883
884         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1) +
885             (sched_random() % balance_interval);
886         tdq = TDQ_SELF();
887         TDQ_UNLOCK(tdq);
888         sched_balance_group(cpu_top);
889         TDQ_LOCK(tdq);
890 }
891
892 /*
893  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
894  */
895 static void
896 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
897 {
898         if (one < two) {
899                 TDQ_LOCK(one);
900                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
901         } else {
902                 TDQ_LOCK(two);
903                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
904         }
905 }
906
907 /*
908  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
909  */
910 static void
911 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
912 {
913         TDQ_UNLOCK(one);
914         TDQ_UNLOCK(two);
915 }
916
917 /*
918  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
919  */
920 static int
921 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
922 {
923         int moved;
924         int cpu;
925
926         tdq_lock_pair(high, low);
927         moved = 0;
928         /*
929          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
930          * threads we actually have to give up (transferable).
931          */
932         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
933             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
934                 /*
935                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
936                  * reschedule with the new workload.
937                  */
938                 cpu = TDQ_ID(low);
939                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
940                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
941         }
942         tdq_unlock_pair(high, low);
943         return (moved);
944 }
945
946 /*
947  * Move a thread from one thread queue to another.
948  */
949 static int
950 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
951 {
952         struct td_sched *ts;
953         struct thread *td;
954         struct tdq *tdq;
955         int cpu;
956
957         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
958         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
959
960         tdq = from;
961         cpu = TDQ_ID(to);
962         td = tdq_steal(tdq, cpu);
963         if (td == NULL)
964                 return (0);
965         ts = td->td_sched;
966         /*
967          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
968          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
969          */
970         thread_lock(td);
971         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
972         TDQ_UNLOCK(from);
973         sched_rem(td);
974         ts->ts_cpu = cpu;
975         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
976         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
977         return (1);
978 }
979
980 /*
981  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
982  * to it.
983  */
984 static int
985 tdq_idled(struct tdq *tdq)
986 {
987         struct cpu_group *cg;
988         struct tdq *steal;
989         cpuset_t mask;
990         int thresh;
991         int cpu;
992
993         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
994                 return (1);
995         CPU_FILL(&mask);
996         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
997         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
998         spinlock_enter();
999         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
1000                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
1001                         thresh = steal_thresh;
1002                 else
1003                         thresh = 1;
1004                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
1005                 if (cpu == -1) {
1006                         cg = cg->cg_parent;
1007                         continue;
1008                 }
1009                 steal = TDQ_CPU(cpu);
1010                 CPU_CLR(cpu, &mask);
1011                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
1012                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
1013                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1014                         continue;
1015                 }
1016                 /*
1017                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
1018                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
1019                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
1020                  * set.
1021                  */
1022                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1023                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1024                         continue;
1025                 }
1026                 spinlock_exit();
1027                 TDQ_UNLOCK(steal);
1028                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1029                 thread_unlock(curthread);
1030
1031                 return (0);
1032         }
1033         spinlock_exit();
1034         return (1);
1035 }
1036
1037 /*
1038  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1039  */
1040 static void
1041 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1042 {
1043         struct thread *ctd;
1044         int pri;
1045         int cpu;
1046
1047         if (tdq->tdq_ipipending)
1048                 return;
1049         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1050         pri = td->td_priority;
1051         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1052         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1053                 return;
1054
1055         /*
1056          * Make sure that our caller's earlier update to tdq_load is
1057          * globally visible before we read tdq_cpu_idle.  Idle thread
1058          * accesses both of them without locks, and the order is important.
1059          */
1060         atomic_thread_fence_seq_cst();
1061
1062         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1063                 /*
1064                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1065                  * falling back to IPI.
1066                  */
1067                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1068                         return;
1069         }
1070         tdq->tdq_ipipending = 1;
1071         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1072 }
1073
1074 /*
1075  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1076  * index.
1077  */
1078 static struct thread *
1079 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1080 {
1081         struct rqbits *rqb;
1082         struct rqhead *rqh;
1083         struct thread *td, *first;
1084         int bit;
1085         int i;
1086
1087         rqb = &rq->rq_status;
1088         bit = start & (RQB_BPW -1);
1089         first = NULL;
1090 again:
1091         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1092                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1093                         continue;
1094                 if (bit == 0)
1095                         bit = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1096                 for (; bit < RQB_BPW; bit++) {
1097                         if ((rqb->rqb_bits[i] & (1ul << bit)) == 0)
1098                                 continue;
1099                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (i << RQB_L2BPW)];
1100                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1101                                 if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1102                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1103                                         return (td);
1104                                 first = td;
1105                         }
1106                 }
1107         }
1108         if (start != 0) {
1109                 start = 0;
1110                 goto again;
1111         }
1112
1113         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1114             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1115                 return (first);
1116         return (NULL);
1117 }
1118
1119 /*
1120  * Steals load from a standard linear queue.
1121  */
1122 static struct thread *
1123 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1124 {
1125         struct rqhead *rqh;
1126         struct rqbits *rqb;
1127         struct thread *td;
1128         int word;
1129         int bit;
1130
1131         rqb = &rq->rq_status;
1132         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1133                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1134                         continue;
1135                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1136                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1137                                 continue;
1138                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1139                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1140                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1141                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1142                                         return (td);
1143                 }
1144         }
1145         return (NULL);
1146 }
1147
1148 /*
1149  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1150  */
1151 static struct thread *
1152 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1153 {
1154         struct thread *td;
1155
1156         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1157         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1158                 return (td);
1159         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1160             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1161                 return (td);
1162         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1167  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1168  */
1169 static inline struct tdq *
1170 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1171 {
1172
1173         struct tdq *tdq;
1174
1175         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1176         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1177         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1178         /*
1179          * If the lock matches just return the queue.
1180          */
1181         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1182                 return (tdq);
1183 #ifdef notyet
1184         /*
1185          * If the thread isn't running its lockptr is a
1186          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1187          * blocking.
1188          */
1189         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1190                 TDQ_LOCK(tdq);
1191                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1192                 return (tdq);
1193         }
1194 #endif
1195         /*
1196          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1197          * prevent order reversals with other cpus locks.
1198          */
1199         spinlock_enter();
1200         thread_lock_block(td);
1201         TDQ_LOCK(tdq);
1202         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1203         spinlock_exit();
1204         return (tdq);
1205 }
1206
1207 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1208 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1209 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1210 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1211 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1212 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1213
1214 static int
1215 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1216 {
1217         struct cpu_group *cg, *ccg;
1218         struct td_sched *ts;
1219         struct tdq *tdq;
1220         cpuset_t mask;
1221         int cpu, pri, self;
1222
1223         self = PCPU_GET(cpuid);
1224         ts = td->td_sched;
1225         if (smp_started == 0)
1226                 return (self);
1227         /*
1228          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1229          */
1230         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1231                 return (ts->ts_cpu);
1232         /*
1233          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1234          * the interrupt.
1235          */
1236         pri = td->td_priority;
1237         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1238             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1239                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1240                 ts->ts_cpu = self;
1241                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1242                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1243                         return (ts->ts_cpu);
1244                 }
1245         }
1246         /*
1247          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1248          * expired or it is idle run it there.
1249          */
1250         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1251         cg = tdq->tdq_cg;
1252         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1253             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1254             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1255                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1256                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1257                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1258                                         break;
1259                         }
1260                 } else
1261                         cpu = INT_MAX;
1262                 if (cpu > mp_maxid) {
1263                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1264                         return (ts->ts_cpu);
1265                 }
1266         }
1267         /*
1268          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1269          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1270          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1271          */
1272         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1273                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1274                         continue;
1275                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1276                         continue;
1277                 ccg = cg;
1278         }
1279         if (ccg != NULL)
1280                 cg = ccg;
1281         cpu = -1;
1282         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1283         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1284         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1285             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1286                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1287                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1288         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1289         if (cpu == -1)
1290                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1291         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1292         if (cpu == -1)
1293                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1294         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1295         /*
1296          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1297          */
1298         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1299             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1300             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1301                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1302                 cpu = self;
1303         } else
1304                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1305         if (cpu != ts->ts_cpu)
1306                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1307         return (cpu);
1308 }
1309 #endif
1310
1311 /*
1312  * Pick the highest priority task we have and return it.
1313  */
1314 static struct thread *
1315 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1316 {
1317         struct thread *td;
1318
1319         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1320         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1321         if (td != NULL)
1322                 return (td);
1323         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1324         if (td != NULL) {
1325                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1326                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1327                     td->td_priority));
1328                 return (td);
1329         }
1330         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1331         if (td != NULL) {
1332                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1333                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1334                     td->td_priority));
1335                 return (td);
1336         }
1337
1338         return (NULL);
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Initialize a thread queue.
1343  */
1344 static void
1345 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1346 {
1347
1348         if (bootverbose)
1349                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1350         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1351         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1352         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1353         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1354             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1355         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1356             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1357 #ifdef KTR
1358         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1359             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1360 #endif
1361 }
1362
1363 #ifdef SMP
1364 static void
1365 sched_setup_smp(void)
1366 {
1367         struct tdq *tdq;
1368         int i;
1369
1370         cpu_top = smp_topo();
1371         CPU_FOREACH(i) {
1372                 tdq = TDQ_CPU(i);
1373                 tdq_setup(tdq);
1374                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1375                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1376                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1377         }
1378         balance_tdq = TDQ_SELF();
1379         sched_balance();
1380 }
1381 #endif
1382
1383 /*
1384  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1385  * information.
1386  */
1387 static void
1388 sched_setup(void *dummy)
1389 {
1390         struct tdq *tdq;
1391
1392         tdq = TDQ_SELF();
1393 #ifdef SMP
1394         sched_setup_smp();
1395 #else
1396         tdq_setup(tdq);
1397 #endif
1398
1399         /* Add thread0's load since it's running. */
1400         TDQ_LOCK(tdq);
1401         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1402         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1403         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1404         TDQ_UNLOCK(tdq);
1405 }
1406
1407 /*
1408  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1409  */
1410 /* ARGSUSED */
1411 static void
1412 sched_initticks(void *dummy)
1413 {
1414         int incr;
1415
1416         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1417         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1418         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1419         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1420             realstathz);
1421
1422         /*
1423          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1424          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1425          */
1426         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1427         /*
1428          * This does not work for values of stathz that are more than
1429          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1430          */
1431         if (incr == 0)
1432                 incr = 1;
1433         tickincr = incr;
1434 #ifdef SMP
1435         /*
1436          * Set the default balance interval now that we know
1437          * what realstathz is.
1438          */
1439         balance_interval = realstathz;
1440         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1441 #endif
1442         if (sched_idlespinthresh < 0)
1443                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1444 }
1445
1446
1447 /*
1448  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1449  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1450  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1451  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1452  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1453  *
1454  * When a thread's sleep time is greater than its run time the
1455  * calculation is:
1456  *
1457  *                           scaling factor 
1458  * interactivity score =  ---------------------
1459  *                        sleep time / run time
1460  *
1461  *
1462  * When a thread's run time is greater than its sleep time the
1463  * calculation is:
1464  *
1465  *                           scaling factor 
1466  * interactivity score =  ---------------------    + scaling factor
1467  *                        run time / sleep time
1468  */
1469 static int
1470 sched_interact_score(struct thread *td)
1471 {
1472         struct td_sched *ts;
1473         int div;
1474
1475         ts = td->td_sched;
1476         /*
1477          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1478          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1479          * no chance.
1480          */
1481         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1482                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1483                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1484
1485         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1486                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1487                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1488                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1489         }
1490         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1491                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1492                 return (ts->ts_runtime / div);
1493         }
1494         /* runtime == slptime */
1495         if (ts->ts_runtime)
1496                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1497
1498         /*
1499          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1500          */
1501         return (0);
1502
1503 }
1504
1505 /*
1506  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1507  * process.
1508  */
1509 static void
1510 sched_priority(struct thread *td)
1511 {
1512         int score;
1513         int pri;
1514
1515         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1516                 return;
1517         /*
1518          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1519          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1520          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1521          *
1522          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1523          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1524          * utilization and the rest is decided by nice value.
1525          *
1526          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1527          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1528          * considered interactive.
1529          */
1530         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1531         if (score < sched_interact) {
1532                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1533                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1534                     sched_interact) * score;
1535                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1536                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1537                     pri, score));
1538         } else {
1539                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1540                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1541                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1542                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1543                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1544                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1545                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1546                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1547                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1548                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1549                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1550         }
1551         sched_user_prio(td, pri);
1552
1553         return;
1554 }
1555
1556 /*
1557  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1558  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1559  * function is ugly due to integer math.
1560  */
1561 static void
1562 sched_interact_update(struct thread *td)
1563 {
1564         struct td_sched *ts;
1565         u_int sum;
1566
1567         ts = td->td_sched;
1568         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1569         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1570                 return;
1571         /*
1572          * This only happens from two places:
1573          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1574          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1575          */
1576         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1577                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1578                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1579                         ts->ts_slptime = 1;
1580                 } else {
1581                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1582                         ts->ts_runtime = 1;
1583                 }
1584                 return;
1585         }
1586         /*
1587          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1588          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1589          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1590          */
1591         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1592                 ts->ts_runtime /= 2;
1593                 ts->ts_slptime /= 2;
1594                 return;
1595         }
1596         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1597         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1598 }
1599
1600 /*
1601  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1602  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1603  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1604  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1605  */
1606 static void
1607 sched_interact_fork(struct thread *td)
1608 {
1609         int ratio;
1610         int sum;
1611
1612         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1613         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1614                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1615                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1616                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1617         }
1618 }
1619
1620 /*
1621  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1622  */
1623 void
1624 schedinit(void)
1625 {
1626
1627         /*
1628          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1629          */
1630         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1631         thread0.td_sched = &td_sched0;
1632         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1633         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1634         td_sched0.ts_slice = 0;
1635 }
1636
1637 /*
1638  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1639  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1640  * at most sched_slice stathz ticks.
1641  */
1642 int
1643 sched_rr_interval(void)
1644 {
1645
1646         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1647         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1652  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1653  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1654  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1655  */
1656 static void
1657 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1658 {
1659         int t = ticks;
1660
1661         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1662                 ts->ts_ticks = 0;
1663                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1664         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1665                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1666                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1667                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1668         }
1669         if (run)
1670                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1671         ts->ts_ltick = t;
1672 }
1673
1674 /*
1675  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1676  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1677  * functions.
1678  */
1679 static void
1680 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1681 {
1682         struct td_sched *ts;
1683         struct tdq *tdq;
1684         int oldpri;
1685
1686         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1687             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1688             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1689         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1690         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1691                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1692                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1693                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1694                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1695                     curthread);
1696         } 
1697         ts = td->td_sched;
1698         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1699         if (td->td_priority == prio)
1700                 return;
1701         /*
1702          * If the priority has been elevated due to priority
1703          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1704          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1705          * cases.
1706          */
1707         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1708                 sched_rem(td);
1709                 td->td_priority = prio;
1710                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1711                 return;
1712         }
1713         /*
1714          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1715          * information so other cpus are aware of our current priority.
1716          */
1717         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1718                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1719                 oldpri = td->td_priority;
1720                 td->td_priority = prio;
1721                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1722                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1723                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1724                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1725                 return;
1726         }
1727         td->td_priority = prio;
1728 }
1729
1730 /*
1731  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1732  * priority.
1733  */
1734 void
1735 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1736 {
1737
1738         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1739         sched_thread_priority(td, prio);
1740 }
1741
1742 /*
1743  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1744  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1745  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1746  * requests.  If the thread's regular priority is less
1747  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1748  * of prio.
1749  */
1750 void
1751 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1752 {
1753         u_char base_pri;
1754
1755         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1756             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1757                 base_pri = td->td_user_pri;
1758         else
1759                 base_pri = td->td_base_pri;
1760         if (prio >= base_pri) {
1761                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1762                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1763         } else
1764                 sched_lend_prio(td, prio);
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1769  */
1770 void
1771 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1772 {
1773         u_char oldprio;
1774
1775         /* First, update the base priority. */
1776         td->td_base_pri = prio;
1777
1778         /*
1779          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1780          * ever lower the priority.
1781          */
1782         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1783                 return;
1784
1785         /* Change the real priority. */
1786         oldprio = td->td_priority;
1787         sched_thread_priority(td, prio);
1788
1789         /*
1790          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1791          * its state.
1792          */
1793         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1794                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1795 }
1796
1797 /*
1798  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1799  */
1800 void
1801 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1802 {
1803
1804         td->td_base_user_pri = prio;
1805         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1806                 return;
1807         td->td_user_pri = prio;
1808 }
1809
1810 void
1811 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1812 {
1813
1814         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1815         td->td_lend_user_pri = prio;
1816         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1817         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1818                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1819         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1820                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1821 }
1822
1823 /*
1824  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1825  * cpu binding.
1826  */
1827 static struct mtx *
1828 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1829 {
1830         struct tdq *tdn;
1831
1832         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1833 #ifdef SMP
1834         tdq_load_rem(tdq, td);
1835         /*
1836          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1837          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1838          * not holding either run-queue lock.
1839          */
1840         spinlock_enter();
1841         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1842
1843         /*
1844          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1845          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1846          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1847          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1848          * question while the target processor is spinning with its own
1849          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1850          */
1851         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1852         tdq_add(tdn, td, flags);
1853         tdq_notify(tdn, td);
1854         TDQ_UNLOCK(tdn);
1855         spinlock_exit();
1856 #endif
1857         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1858 }
1859
1860 /*
1861  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1862  * is blocked.
1863  */
1864 static inline void
1865 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1866 {
1867         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1868             (uintptr_t)mtx);
1869 }
1870
1871 /*
1872  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1873  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1874  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1875  * be assigned elsewhere via binding.
1876  */
1877 void
1878 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1879 {
1880         struct tdq *tdq;
1881         struct td_sched *ts;
1882         struct mtx *mtx;
1883         int srqflag;
1884         int cpuid, preempted;
1885
1886         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1887         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1888
1889         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1890         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1891         ts = td->td_sched;
1892         mtx = td->td_lock;
1893         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1894         ts->ts_rltick = ticks;
1895         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1896         td->td_oncpu = NOCPU;
1897         preempted = !((td->td_flags & TDF_SLICEEND) ||
1898             (flags & SWT_RELINQUISH));
1899         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1900         td->td_owepreempt = 0;
1901         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1902                 tdq->tdq_switchcnt++;
1903         /*
1904          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1905          * to CAN_RUN as well.
1906          */
1907         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1908                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1909                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1910         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1911                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1912                 srqflag = preempted ?
1913                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1914                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1915 #ifdef SMP
1916                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1917                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1918 #endif
1919                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1920                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1921                 else {
1922                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1923                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1924                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1925                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1926                 }
1927         } else {
1928                 /* This thread must be going to sleep. */
1929                 TDQ_LOCK(tdq);
1930                 mtx = thread_lock_block(td);
1931                 tdq_load_rem(tdq, td);
1932         }
1933         /*
1934          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1935          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1936          * thread-queue locked.
1937          */
1938         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1939         newtd = choosethread();
1940         /*
1941          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1942          */
1943         if (td != newtd) {
1944 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1945                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1946                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1947 #endif
1948                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1949                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1950                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1951                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1952
1953 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1954                 /*
1955                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1956                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1957                  * function to call.
1958                  */
1959                 if (dtrace_vtime_active)
1960                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1961 #endif
1962
1963                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1964                 /*
1965                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1966                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1967                  * run queue lock.
1968                  */
1969                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1970                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1971                 lock_profile_obtain_lock_success(
1972                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1973
1974                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1975 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1976                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1977                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1978 #endif
1979         } else {
1980                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1981                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1982         }
1983         /*
1984          * Assert that all went well and return.
1985          */
1986         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1987         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1988         td->td_oncpu = cpuid;
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1993  */
1994 void
1995 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1996 {
1997         struct thread *td;
1998
1999         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2000
2001         p->p_nice = nice;
2002         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
2003                 thread_lock(td);
2004                 sched_priority(td);
2005                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
2006                 thread_unlock(td);
2007         }
2008 }
2009
2010 /*
2011  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
2012  */
2013 void
2014 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
2015 {
2016
2017         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2018
2019         td->td_slptick = ticks;
2020         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
2021                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
2022         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
2023                 return;
2024         if (static_boost == 1 && prio)
2025                 sched_prio(td, prio);
2026         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
2027                 sched_prio(td, static_boost);
2028 }
2029
2030 /*
2031  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2032  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2033  */
2034 void
2035 sched_wakeup(struct thread *td)
2036 {
2037         struct td_sched *ts;
2038         int slptick;
2039
2040         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2041         ts = td->td_sched;
2042         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2043         /*
2044          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2045          * priority.
2046          */
2047         slptick = td->td_slptick;
2048         td->td_slptick = 0;
2049         if (slptick && slptick != ticks) {
2050                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2051                 sched_interact_update(td);
2052                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2053         }
2054         /*
2055          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2056          */
2057         ts->ts_slice = 0;
2058         sched_add(td, SRQ_BORING);
2059 }
2060
2061 /*
2062  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2063  * priority.
2064  */
2065 void
2066 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2067 {
2068         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2069         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2070         sched_fork_thread(td, child);
2071         /*
2072          * Penalize the parent and child for forking.
2073          */
2074         sched_interact_fork(child);
2075         sched_priority(child);
2076         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2077         sched_interact_update(td);
2078         sched_priority(td);
2079 }
2080
2081 /*
2082  * Fork a new thread, may be within the same process.
2083  */
2084 void
2085 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2086 {
2087         struct td_sched *ts;
2088         struct td_sched *ts2;
2089         struct tdq *tdq;
2090
2091         tdq = TDQ_SELF();
2092         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2093         /*
2094          * Initialize child.
2095          */
2096         ts = td->td_sched;
2097         ts2 = child->td_sched;
2098         child->td_oncpu = NOCPU;
2099         child->td_lastcpu = NOCPU;
2100         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2101         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2102         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2103         ts2->ts_flags = 0;
2104         /*
2105          * Grab our parents cpu estimation information.
2106          */
2107         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2108         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2109         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2110         /*
2111          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2112          */
2113         child->td_priority = child->td_base_pri;
2114         /*
2115          * And update interactivity score.
2116          */
2117         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2118         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2119         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2120         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2121 #ifdef KTR
2122         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2123 #endif
2124 }
2125
2126 /*
2127  * Adjust the priority class of a thread.
2128  */
2129 void
2130 sched_class(struct thread *td, int class)
2131 {
2132
2133         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2134         if (td->td_pri_class == class)
2135                 return;
2136         td->td_pri_class = class;
2137 }
2138
2139 /*
2140  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2141  */
2142 void
2143 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2144 {
2145         struct thread *td;
2146
2147         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2148             "prio:%d", child->td_priority);
2149         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2150         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2151         sched_exit_thread(td, child);
2152 }
2153
2154 /*
2155  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2156  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2157  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2158  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2159  */
2160 void
2161 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2162 {
2163
2164         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2165             "prio:%d", child->td_priority);
2166         /*
2167          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2168          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2169          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2170          */
2171         thread_lock(td);
2172         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2173         sched_interact_update(td);
2174         sched_priority(td);
2175         thread_unlock(td);
2176 }
2177
2178 void
2179 sched_preempt(struct thread *td)
2180 {
2181         struct tdq *tdq;
2182
2183         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2184
2185         thread_lock(td);
2186         tdq = TDQ_SELF();
2187         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2188         tdq->tdq_ipipending = 0;
2189         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2190                 int flags;
2191
2192                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2193                 if (td->td_critnest > 1)
2194                         td->td_owepreempt = 1;
2195                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2196                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2197                 else
2198                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2199         }
2200         thread_unlock(td);
2201 }
2202
2203 /*
2204  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2205  * to static priorities in msleep() or similar.
2206  */
2207 void
2208 sched_userret(struct thread *td)
2209 {
2210         /*
2211          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2212          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2213          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2214          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2215          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2216          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2217          * it perfectly here.
2218          */
2219         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2220             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2221         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2222                 thread_lock(td);
2223                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2224                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2225                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2226                 thread_unlock(td);
2227         }
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2232  * threads.
2233  */
2234 void
2235 sched_clock(struct thread *td)
2236 {
2237         struct tdq *tdq;
2238         struct td_sched *ts;
2239
2240         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2241         tdq = TDQ_SELF();
2242 #ifdef SMP
2243         /*
2244          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2245          */
2246         if (balance_tdq == tdq) {
2247                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2248                         sched_balance();
2249         }
2250 #endif
2251         /*
2252          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2253          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2254          * If there is some activity seed it to reflect that.
2255          */
2256         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2257         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2258         /*
2259          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2260          * threads get a chance to run.
2261          */
2262         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2263                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2264                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2265                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2266         }
2267         ts = td->td_sched;
2268         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2269         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2270                 return;
2271         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2272                 /*
2273                  * We used a tick; charge it to the thread so
2274                  * that we can compute our interactivity.
2275                  */
2276                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2277                 sched_interact_update(td);
2278                 sched_priority(td);
2279         }
2280
2281         /*
2282          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2283          * time slice (default is 100ms).
2284          */
2285         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && ++ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2286                 ts->ts_slice = 0;
2287                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2288         }
2289 }
2290
2291 /*
2292  * Called once per hz tick.
2293  */
2294 void
2295 sched_tick(int cnt)
2296 {
2297
2298 }
2299
2300 /*
2301  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2302  * cooperative idle threads.
2303  */
2304 int
2305 sched_runnable(void)
2306 {
2307         struct tdq *tdq;
2308         int load;
2309
2310         load = 1;
2311
2312         tdq = TDQ_SELF();
2313         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2314                 if (tdq->tdq_load > 0)
2315                         goto out;
2316         } else
2317                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2318                         goto out;
2319         load = 0;
2320 out:
2321         return (load);
2322 }
2323
2324 /*
2325  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2326  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2327  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2328  */
2329 struct thread *
2330 sched_choose(void)
2331 {
2332         struct thread *td;
2333         struct tdq *tdq;
2334
2335         tdq = TDQ_SELF();
2336         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2337         td = tdq_choose(tdq);
2338         if (td) {
2339                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2340                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2341                 return (td);
2342         }
2343         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2344         return (PCPU_GET(idlethread));
2345 }
2346
2347 /*
2348  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2349  * we always request it once we exit a critical section.
2350  */
2351 static inline void
2352 sched_setpreempt(struct thread *td)
2353 {
2354         struct thread *ctd;
2355         int cpri;
2356         int pri;
2357
2358         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2359
2360         ctd = curthread;
2361         pri = td->td_priority;
2362         cpri = ctd->td_priority;
2363         if (pri < cpri)
2364                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2365         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2366                 return;
2367         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2368                 return;
2369         ctd->td_owepreempt = 1;
2370 }
2371
2372 /*
2373  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2374  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2375  * predetermined.
2376  */
2377 void
2378 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2379 {
2380
2381         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2382         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2383             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2384         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2385             ("sched_add: bad thread state"));
2386         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2387             ("sched_add: thread swapped out"));
2388
2389         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2390                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2391         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2392         tdq_load_add(tdq, td);
2393 }
2394
2395 /*
2396  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2397  * preemption or IPI a remote processor if required.
2398  */
2399 void
2400 sched_add(struct thread *td, int flags)
2401 {
2402         struct tdq *tdq;
2403 #ifdef SMP
2404         int cpu;
2405 #endif
2406
2407         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2408             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2409             sched_tdname(curthread));
2410         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2411             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2412         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2413             flags & SRQ_PREEMPTED);
2414         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2415         /*
2416          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2417          * run-queue.
2418          */
2419         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2420                 sched_priority(td);
2421 #ifdef SMP
2422         /*
2423          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2424          * target cpu.
2425          */
2426         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2427         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2428         tdq_add(tdq, td, flags);
2429         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2430                 tdq_notify(tdq, td);
2431                 return;
2432         }
2433 #else
2434         tdq = TDQ_SELF();
2435         TDQ_LOCK(tdq);
2436         /*
2437          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2438          * to the scheduler's lock.
2439          */
2440         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2441         tdq_add(tdq, td, flags);
2442 #endif
2443         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2444                 sched_setpreempt(td);
2445 }
2446
2447 /*
2448  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2449  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2450  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2451  */
2452 void
2453 sched_rem(struct thread *td)
2454 {
2455         struct tdq *tdq;
2456
2457         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2458             "prio:%d", td->td_priority);
2459         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2460         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2461         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2462         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2463         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2464             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2465         tdq_runq_rem(tdq, td);
2466         tdq_load_rem(tdq, td);
2467         TD_SET_CAN_RUN(td);
2468         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2469                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2470 }
2471
2472 /*
2473  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2474  */
2475 fixpt_t
2476 sched_pctcpu(struct thread *td)
2477 {
2478         fixpt_t pctcpu;
2479         struct td_sched *ts;
2480
2481         pctcpu = 0;
2482         ts = td->td_sched;
2483         if (ts == NULL)
2484                 return (0);
2485
2486         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2487         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2488         if (ts->ts_ticks) {
2489                 int rtick;
2490
2491                 /* How many rtick per second ? */
2492                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2493                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2494         }
2495
2496         return (pctcpu);
2497 }
2498
2499 /*
2500  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2501  * cpumask.
2502  */
2503 void
2504 sched_affinity(struct thread *td)
2505 {
2506 #ifdef SMP
2507         struct td_sched *ts;
2508
2509         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2510         ts = td->td_sched;
2511         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2512                 return;
2513         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2514                 sched_rem(td);
2515                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2516                 return;
2517         }
2518         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2519                 return;
2520         /*
2521          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2522          * target thread is not running locally send an ipi to force
2523          * the issue.
2524          */
2525         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2526         if (td != curthread)
2527                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2528 #endif
2529 }
2530
2531 /*
2532  * Bind a thread to a target cpu.
2533  */
2534 void
2535 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2536 {
2537         struct td_sched *ts;
2538
2539         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2540         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2541         ts = td->td_sched;
2542         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2543                 sched_unbind(td);
2544         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2545         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2546         sched_pin();
2547         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2548                 return;
2549         ts->ts_cpu = cpu;
2550         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2551         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2552 }
2553
2554 /*
2555  * Release a bound thread.
2556  */
2557 void
2558 sched_unbind(struct thread *td)
2559 {
2560         struct td_sched *ts;
2561
2562         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2563         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2564         ts = td->td_sched;
2565         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2566                 return;
2567         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2568         sched_unpin();
2569 }
2570
2571 int
2572 sched_is_bound(struct thread *td)
2573 {
2574         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2575         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2576 }
2577
2578 /*
2579  * Basic yield call.
2580  */
2581 void
2582 sched_relinquish(struct thread *td)
2583 {
2584         thread_lock(td);
2585         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2586         thread_unlock(td);
2587 }
2588
2589 /*
2590  * Return the total system load.
2591  */
2592 int
2593 sched_load(void)
2594 {
2595 #ifdef SMP
2596         int total;
2597         int i;
2598
2599         total = 0;
2600         CPU_FOREACH(i)
2601                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2602         return (total);
2603 #else
2604         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2605 #endif
2606 }
2607
2608 int
2609 sched_sizeof_proc(void)
2610 {
2611         return (sizeof(struct proc));
2612 }
2613
2614 int
2615 sched_sizeof_thread(void)
2616 {
2617         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2618 }
2619
2620 #ifdef SMP
2621 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2622     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2623 #else
2624 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2625 #endif
2626
2627 /*
2628  * The actual idle process.
2629  */
2630 void
2631 sched_idletd(void *dummy)
2632 {
2633         struct thread *td;
2634         struct tdq *tdq;
2635         int oldswitchcnt, switchcnt;
2636         int i;
2637
2638         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2639         td = curthread;
2640         tdq = TDQ_SELF();
2641         THREAD_NO_SLEEPING();
2642         oldswitchcnt = -1;
2643         for (;;) {
2644                 if (tdq->tdq_load) {
2645                         thread_lock(td);
2646                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2647                         thread_unlock(td);
2648                 }
2649                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2650 #ifdef SMP
2651                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2652                         oldswitchcnt = switchcnt;
2653                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2654                                 continue;
2655                 }
2656                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2657 #else
2658                 oldswitchcnt = switchcnt;
2659 #endif
2660                 /*
2661                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2662                  * for load rather than entering a low power state that 
2663                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2664                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2665                  * cycles from cores doing useful work.
2666                  */
2667                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2668                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2669                                 if (tdq->tdq_load)
2670                                         break;
2671                                 cpu_spinwait();
2672                         }
2673                 }
2674
2675                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2676                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2677                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2678                         continue;
2679
2680                 /* Run main MD idle handler. */
2681                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2682                 /*
2683                  * Make sure that tdq_cpu_idle update is globally visible
2684                  * before cpu_idle() read tdq_load.  The order is important
2685                  * to avoid race with tdq_notify.
2686                  */
2687                 atomic_thread_fence_seq_cst();
2688                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2689                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2690
2691                 /*
2692                  * Account thread-less hardware interrupts and
2693                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2694                  */
2695                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2696                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2697                         continue;
2698                 tdq->tdq_switchcnt++;
2699                 oldswitchcnt++;
2700         }
2701 }
2702
2703 /*
2704  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2705  */
2706 void
2707 sched_throw(struct thread *td)
2708 {
2709         struct thread *newtd;
2710         struct tdq *tdq;
2711
2712         tdq = TDQ_SELF();
2713         if (td == NULL) {
2714                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2715                 TDQ_LOCK(tdq);
2716                 spinlock_exit();
2717                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2718                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2719         } else {
2720                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2721                 tdq_load_rem(tdq, td);
2722                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2723                 td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
2724                 td->td_oncpu = NOCPU;
2725         }
2726         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2727         newtd = choosethread();
2728         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2729         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2730 }
2731
2732 /*
2733  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2734  * let fork do the rest of the work.
2735  */
2736 void
2737 sched_fork_exit(struct thread *td)
2738 {
2739         struct tdq *tdq;
2740         int cpuid;
2741
2742         /*
2743          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2744          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2745          */
2746         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2747         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2748         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2749                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2750         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2751         td->td_oncpu = cpuid;
2752         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2753         lock_profile_obtain_lock_success(
2754             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2755 }
2756
2757 /*
2758  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2759  */
2760 char *
2761 sched_tdname(struct thread *td)
2762 {
2763 #ifdef KTR
2764         struct td_sched *ts;
2765
2766         ts = td->td_sched;
2767         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2768                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2769                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2770         return (ts->ts_name);
2771 #else
2772         return (td->td_name);
2773 #endif
2774 }
2775
2776 #ifdef KTR
2777 void
2778 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2779 {
2780         struct td_sched *ts;
2781
2782         ts = td->td_sched;
2783         ts->ts_name[0] = '\0';
2784 }
2785 #endif
2786
2787 #ifdef SMP
2788
2789 /*
2790  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2791  * the topology tree.
2792  */
2793 static int
2794 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2795     int indent)
2796 {
2797         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2798         int i, first;
2799
2800         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2801             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2802         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2803             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2804         first = TRUE;
2805         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2806                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2807                         if (!first)
2808                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2809                         else
2810                                 first = FALSE;
2811                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2812                 }
2813         }
2814         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2815
2816         if (cg->cg_flags != 0) {
2817                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2818                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2819                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2820                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2821                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2822                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2823                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2824                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2825         }
2826
2827         if (cg->cg_children > 0) {
2828                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2829                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2830                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2831                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2832                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2833         }
2834         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2835         return (0);
2836 }
2837
2838 /*
2839  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2840  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2841  */
2842 static int
2843 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2844 {
2845         struct sbuf *topo;
2846         int err;
2847
2848         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2849
2850         topo = sbuf_new_for_sysctl(NULL, NULL, 512, req);
2851         if (topo == NULL)
2852                 return (ENOMEM);
2853
2854         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2855         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2856         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2857
2858         if (err == 0) {
2859                 err = sbuf_finish(topo);
2860         }
2861         sbuf_delete(topo);
2862         return (err);
2863 }
2864
2865 #endif
2866
2867 static int
2868 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2869 {
2870         int error, new_val, period;
2871
2872         period = 1000000 / realstathz;
2873         new_val = period * sched_slice;
2874         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2875         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2876                 return (error);
2877         if (new_val <= 0)
2878                 return (EINVAL);
2879         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2880         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
2881         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2882             realstathz);
2883         return (0);
2884 }
2885
2886 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2887 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2888     "Scheduler name");
2889 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2890     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2891     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2892 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2893     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2894 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2895     "Interactivity score threshold");
2896 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2897     &preempt_thresh, 0,
2898     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2899 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2900     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2901 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2902     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2903 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2904     &sched_idlespinthresh, 0,
2905     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2906 #ifdef SMP
2907 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2908     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2909 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2910     "Enables the long-term load balancer");
2911 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2912     &balance_interval, 0,
2913     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2914 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2915     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2916 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2917     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2918 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2919     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2920     "XML dump of detected CPU topology");
2921 #endif
2922
2923 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2924 static int ccpu = 0;
2925 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");