]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
vmm: Use struct vcpu with the vmm_stat API.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
3  *
4  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
31  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
32  * performance under load even on uni-processor systems.
33  *
34  * etymology:
35  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
36  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
37  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
38  */
39
40 #include <sys/cdefs.h>
41 __FBSDID("$FreeBSD$");
42
43 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
44 #include "opt_sched.h"
45
46 #include <sys/param.h>
47 #include <sys/systm.h>
48 #include <sys/kdb.h>
49 #include <sys/kernel.h>
50 #include <sys/ktr.h>
51 #include <sys/limits.h>
52 #include <sys/lock.h>
53 #include <sys/mutex.h>
54 #include <sys/proc.h>
55 #include <sys/resource.h>
56 #include <sys/resourcevar.h>
57 #include <sys/sched.h>
58 #include <sys/sdt.h>
59 #include <sys/smp.h>
60 #include <sys/sx.h>
61 #include <sys/sysctl.h>
62 #include <sys/sysproto.h>
63 #include <sys/turnstile.h>
64 #include <sys/umtxvar.h>
65 #include <sys/vmmeter.h>
66 #include <sys/cpuset.h>
67 #include <sys/sbuf.h>
68
69 #ifdef HWPMC_HOOKS
70 #include <sys/pmckern.h>
71 #endif
72
73 #ifdef KDTRACE_HOOKS
74 #include <sys/dtrace_bsd.h>
75 int __read_mostly               dtrace_vtime_active;
76 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
77 #endif
78
79 #include <machine/cpu.h>
80 #include <machine/smp.h>
81
82 #define KTR_ULE 0
83
84 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
85 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
86 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
87
88 /*
89  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
90  * by the thread lock.
91  */
92 struct td_sched {       
93         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
94         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
95         int             ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
96         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
97         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
98         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
99         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
100         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
101         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
102         int             ts_ticks;       /* Tick count */
103 #ifdef KTR
104         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
105 #endif
106 };
107 /* flags kept in ts_flags */
108 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
109 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
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 _Static_assert(sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched) <=
116     sizeof(struct thread0_storage),
117     "increase struct thread0_storage.t0st_sched size");
118
119 /*
120  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
121  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
122  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
123  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
124  * ranges supporting nice values.
125  */
126 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
127 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
128 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
129
130 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
131 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
132 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
133 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
134
135 /*
136  * Cpu percentage computation macros and defines.
137  *
138  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
139  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
140  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
141  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
142  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
143  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
144  */
145 #define SCHED_TICK_SECS         10
146 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
147 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
148 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
149 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
150 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
151
152 /*
153  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
154  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
155  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
156  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
157  * or positive nice respectively.
158  *
159  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
160  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
161  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
162  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
163  */
164 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
165 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
166 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
167 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
168 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
169 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
170     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
171     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
172 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
173
174 /*
175  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
176  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
177  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
178  * models the intent of the thread.
179  *
180  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
181  *              before throttling back.
182  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
183  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
184  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
185  */
186 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
187 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
188 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
189 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
190 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
191
192 /*
193  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
194  */
195 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
196 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
197
198 /* Flags kept in td_flags. */
199 #define TDF_PICKCPU     TDF_SCHED0      /* Thread should pick new CPU. */
200 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
201
202 /*
203  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
204  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
205  *                      due to rounding would be unacceptably high.
206  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
207  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
208  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
209  */
210 static u_int __read_mostly sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
211 static int __read_mostly tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
212 static int __read_mostly realstathz = 127;      /* reset during boot. */
213 static int __read_mostly sched_slice = 10;      /* reset during boot. */
214 static int __read_mostly sched_slice_min = 1;   /* reset during boot. */
215 #ifdef PREEMPTION
216 #ifdef FULL_PREEMPTION
217 static int __read_mostly preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
218 #else
219 static int __read_mostly preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
220 #endif
221 #else 
222 static int __read_mostly preempt_thresh = 0;
223 #endif
224 static int __read_mostly static_boost = PRI_MIN_BATCH;
225 static int __read_mostly sched_idlespins = 10000;
226 static int __read_mostly sched_idlespinthresh = -1;
227
228 /*
229  * tdq - per processor runqs and statistics.  A mutex synchronizes access to
230  * most fields.  Some fields are loaded or modified without the mutex.
231  *
232  * Locking protocols:
233  * (c)  constant after initialization
234  * (f)  flag, set with the tdq lock held, cleared on local CPU
235  * (l)  all accesses are CPU-local
236  * (ls) stores are performed by the local CPU, loads may be lockless
237  * (t)  all accesses are protected by the tdq mutex
238  * (ts) stores are serialized by the tdq mutex, loads may be lockless
239  */
240 struct tdq {
241         /* 
242          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
243          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
244          * tdq_cpu_idle.
245          */
246         struct mtx_padalign tdq_lock;   /* run queue lock. */
247         struct cpu_group *tdq_cg;       /* (c) Pointer to cpu topology. */
248         struct thread   *tdq_curthread; /* (t) Current executing thread. */
249         int             tdq_load;       /* (ts) Aggregate load. */
250         int             tdq_sysload;    /* (ts) For loadavg, !ITHD load. */
251         int             tdq_cpu_idle;   /* (ls) cpu_idle() is active. */
252         int             tdq_transferable; /* (ts) Transferable thread count. */
253         short           tdq_switchcnt;  /* (l) Switches this tick. */
254         short           tdq_oldswitchcnt; /* (l) Switches last tick. */
255         u_char          tdq_lowpri;     /* (ts) Lowest priority thread. */
256         u_char          tdq_owepreempt; /* (f) Remote preemption pending. */
257         u_char          tdq_idx;        /* (t) Current insert index. */
258         u_char          tdq_ridx;       /* (t) Current removal index. */
259         int             tdq_id;         /* (c) cpuid. */
260         struct runq     tdq_realtime;   /* (t) real-time run queue. */
261         struct runq     tdq_timeshare;  /* (t) timeshare run queue. */
262         struct runq     tdq_idle;       /* (t) Queue of IDLE threads. */
263         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
264 #ifdef KTR
265         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
266 #endif
267 };
268
269 /* Idle thread states and config. */
270 #define TDQ_RUNNING     1
271 #define TDQ_IDLE        2
272
273 /* Lockless accessors. */
274 #define TDQ_LOAD(tdq)           atomic_load_int(&(tdq)->tdq_load)
275 #define TDQ_TRANSFERABLE(tdq)   atomic_load_int(&(tdq)->tdq_transferable)
276 #define TDQ_SWITCHCNT(tdq)      (atomic_load_short(&(tdq)->tdq_switchcnt) + \
277                                  atomic_load_short(&(tdq)->tdq_oldswitchcnt))
278 #define TDQ_SWITCHCNT_INC(tdq)  (atomic_store_short(&(tdq)->tdq_switchcnt, \
279                                  atomic_load_short(&(tdq)->tdq_switchcnt) + 1))
280
281 #ifdef SMP
282 struct cpu_group __read_mostly *cpu_top;                /* CPU topology */
283
284 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
285 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
286
287 /*
288  * Run-time tunables.
289  */
290 static int rebalance = 1;
291 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
292 static int __read_mostly affinity;
293 static int __read_mostly steal_idle = 1;
294 static int __read_mostly steal_thresh = 2;
295 static int __read_mostly always_steal = 0;
296 static int __read_mostly trysteal_limit = 2;
297
298 /*
299  * One thread queue per processor.
300  */
301 static struct tdq __read_mostly *balance_tdq;
302 static int balance_ticks;
303 DPCPU_DEFINE_STATIC(struct tdq, tdq);
304 DPCPU_DEFINE_STATIC(uint32_t, randomval);
305
306 #define TDQ_SELF()      ((struct tdq *)PCPU_GET(sched))
307 #define TDQ_CPU(x)      (DPCPU_ID_PTR((x), tdq))
308 #define TDQ_ID(x)       ((x)->tdq_id)
309 #else   /* !SMP */
310 static struct tdq       tdq_cpu;
311
312 #define TDQ_ID(x)       (0)
313 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
314 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
315 #endif
316
317 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
318 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
319 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
320 #define TDQ_TRYLOCK(t)          mtx_trylock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
321 #define TDQ_TRYLOCK_FLAGS(t, f) mtx_trylock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
322 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
323 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
324
325 static void sched_setpreempt(int);
326 static void sched_priority(struct thread *);
327 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
328 static int sched_interact_score(struct thread *);
329 static void sched_interact_update(struct thread *);
330 static void sched_interact_fork(struct thread *);
331 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
332
333 /* Operations on per processor queues */
334 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
335 static void tdq_setup(struct tdq *, int i);
336 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
337 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
338 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
339 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
340 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
341 static void tdq_print(int cpu);
342 static void runq_print(struct runq *rq);
343 static int tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
344 #ifdef SMP
345 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
346 static int tdq_idled(struct tdq *);
347 static void tdq_notify(struct tdq *, int lowpri);
348 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
349 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
350 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
351 static void sched_balance(void);
352 static bool sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
353 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
354 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
355 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
356 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
357     struct cpu_group *cg, int indent);
358 #endif
359
360 static void sched_setup(void *dummy);
361 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
362
363 static void sched_initticks(void *dummy);
364 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
365     NULL);
366
367 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
368
369 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
370     "struct proc *", "uint8_t");
371 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
372     "struct proc *", "void *");
373 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
374     "struct proc *", "void *", "int");
375 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
376     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
377 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
378 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
379     "struct proc *");
380 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
381 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
382 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
383     "struct proc *");
384
385 /*
386  * Print the threads waiting on a run-queue.
387  */
388 static void
389 runq_print(struct runq *rq)
390 {
391         struct rqhead *rqh;
392         struct thread *td;
393         int pri;
394         int j;
395         int i;
396
397         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
398                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
399                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
400                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
401                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
402                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
403                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
404                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
405                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
406                                             td, td->td_name, td->td_priority,
407                                             td->td_rqindex, pri);
408                                 }
409                         }
410         }
411 }
412
413 /*
414  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
415  */
416 static void __unused
417 tdq_print(int cpu)
418 {
419         struct tdq *tdq;
420
421         tdq = TDQ_CPU(cpu);
422
423         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
424         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
425         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
426         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
427         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
428         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
429         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
430         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
431         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
432         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
433         printf("\trealtime runq:\n");
434         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
435         printf("\ttimeshare runq:\n");
436         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
437         printf("\tidle runq:\n");
438         runq_print(&tdq->tdq_idle);
439 }
440
441 static inline int
442 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
443 {
444         /*
445          * If the new priority is not better than the current priority there is
446          * nothing to do.
447          */
448         if (pri >= cpri)
449                 return (0);
450         /*
451          * Always preempt idle.
452          */
453         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
454                 return (1);
455         /*
456          * If preemption is disabled don't preempt others.
457          */
458         if (preempt_thresh == 0)
459                 return (0);
460         /*
461          * Preempt if we exceed the threshold.
462          */
463         if (pri <= preempt_thresh)
464                 return (1);
465         /*
466          * If we're interactive or better and there is non-interactive
467          * or worse running preempt only remote processors.
468          */
469         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
470                 return (1);
471         return (0);
472 }
473
474 /*
475  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
476  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
477  * queue position for timeshare threads.
478  */
479 static __inline void
480 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
481 {
482         struct td_sched *ts;
483         u_char pri;
484
485         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
486         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
487
488         pri = td->td_priority;
489         ts = td_get_sched(td);
490         TD_SET_RUNQ(td);
491         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
492                 tdq->tdq_transferable++;
493                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
494         }
495         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
496                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
497         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
498                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
499                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
500                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
501                 /*
502                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
503                  * batch.  Use the whole queue to represent these values.
504                  */
505                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
506                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
507                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
508                         /*
509                          * This effectively shortens the queue by one so we
510                          * can have a one slot difference between idx and
511                          * ridx while we wait for threads to drain.
512                          */
513                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
514                             pri == tdq->tdq_ridx)
515                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
516                 } else
517                         pri = tdq->tdq_ridx;
518                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
519                 return;
520         } else
521                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
522         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
523 }
524
525 /* 
526  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
527  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
528  * transferable count does not reflect them.
529  */
530 static __inline void
531 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
532 {
533         struct td_sched *ts;
534
535         ts = td_get_sched(td);
536         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
537         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
538         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
539             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
540         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
541                 tdq->tdq_transferable--;
542                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
543         }
544         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
545                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
546                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
547                 else
548                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
549         } else
550                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
551 }
552
553 /*
554  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
555  * for this thread to the referenced thread queue.
556  */
557 static void
558 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
559 {
560
561         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
562         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
563
564         tdq->tdq_load++;
565         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
566                 tdq->tdq_sysload++;
567         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
568         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
569 }
570
571 /*
572  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
573  * exiting.
574  */
575 static void
576 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
577 {
578
579         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
580         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
581         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
582             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
583
584         tdq->tdq_load--;
585         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
586                 tdq->tdq_sysload--;
587         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
588         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
589 }
590
591 /*
592  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
593  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
594  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
595  * no less than sched_slice_min runtime.
596  */
597 static inline int
598 tdq_slice(struct tdq *tdq)
599 {
600         int load;
601
602         /*
603          * It is safe to use sys_load here because this is called from
604          * contexts where timeshare threads are running and so there
605          * cannot be higher priority load in the system.
606          */
607         load = tdq->tdq_sysload - 1;
608         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
609                 return (sched_slice_min);
610         if (load <= 1)
611                 return (sched_slice);
612         return (sched_slice / load);
613 }
614
615 /*
616  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
617  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
618  */
619 static void
620 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
621 {
622         struct thread *td;
623
624         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
625         if (ctd == NULL)
626                 ctd = tdq->tdq_curthread;
627         td = tdq_choose(tdq);
628         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
629                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
630         else
631                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
632 }
633
634 #ifdef SMP
635 /*
636  * We need some randomness. Implement a classic Linear Congruential
637  * Generator X_{n+1}=(aX_n+c) mod m. These values are optimized for
638  * m = 2^32, a = 69069 and c = 5. We only return the upper 16 bits
639  * of the random state (in the low bits of our answer) to keep
640  * the maximum randomness.
641  */
642 static uint32_t
643 sched_random(void)
644 {
645         uint32_t *rndptr;
646
647         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
648         *rndptr = *rndptr * 69069 + 5;
649
650         return (*rndptr >> 16);
651 }
652
653 struct cpu_search {
654         cpuset_t *cs_mask;      /* The mask of allowed CPUs to choose from. */
655         int     cs_prefer;      /* Prefer this CPU and groups including it. */
656         int     cs_running;     /* The thread is now running at cs_prefer. */
657         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
658         int     cs_load;        /* Max load for low, min load for high. */
659         int     cs_trans;       /* Min transferable load for high. */
660 };
661
662 struct cpu_search_res {
663         int     csr_cpu;        /* The best CPU found. */
664         int     csr_load;       /* The load of cs_cpu. */
665 };
666
667 /*
668  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded CPU.
669  * These routines actually compare the load on all paths through the tree
670  * and find the least loaded cpu on the least loaded path, which may differ
671  * from the least loaded cpu in the system.  This balances work among caches
672  * and buses.
673  */
674 static int
675 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, const struct cpu_search *s,
676     struct cpu_search_res *r)
677 {
678         struct cpu_search_res lr;
679         struct tdq *tdq;
680         int c, bload, l, load, p, total;
681
682         total = 0;
683         bload = INT_MAX;
684         r->csr_cpu = -1;
685
686         /* Loop through children CPU groups if there are any. */
687         if (cg->cg_children > 0) {
688                 for (c = cg->cg_children - 1; c >= 0; c--) {
689                         load = cpu_search_lowest(&cg->cg_child[c], s, &lr);
690                         total += load;
691
692                         /*
693                          * When balancing do not prefer SMT groups with load >1.
694                          * It allows round-robin between SMT groups with equal
695                          * load within parent group for more fair scheduling.
696                          */
697                         if (__predict_false(s->cs_running) &&
698                             (cg->cg_child[c].cg_flags & CG_FLAG_THREAD) &&
699                             load >= 128 && (load & 128) != 0)
700                                 load += 128;
701
702                         if (lr.csr_cpu >= 0 && (load < bload ||
703                             (load == bload && lr.csr_load < r->csr_load))) {
704                                 bload = load;
705                                 r->csr_cpu = lr.csr_cpu;
706                                 r->csr_load = lr.csr_load;
707                         }
708                 }
709                 return (total);
710         }
711
712         /* Loop through children CPUs otherwise. */
713         for (c = cg->cg_last; c >= cg->cg_first; c--) {
714                 if (!CPU_ISSET(c, &cg->cg_mask))
715                         continue;
716                 tdq = TDQ_CPU(c);
717                 l = TDQ_LOAD(tdq);
718                 if (c == s->cs_prefer) {
719                         if (__predict_false(s->cs_running))
720                                 l--;
721                         p = 128;
722                 } else
723                         p = 0;
724                 load = l * 256;
725                 total += load - p;
726
727                 /*
728                  * Check this CPU is acceptable.
729                  * If the threads is already on the CPU, don't look on the TDQ
730                  * priority, since it can be the priority of the thread itself.
731                  */
732                 if (l > s->cs_load ||
733                     (atomic_load_char(&tdq->tdq_lowpri) <= s->cs_pri &&
734                      (!s->cs_running || c != s->cs_prefer)) ||
735                     !CPU_ISSET(c, s->cs_mask))
736                         continue;
737
738                 /*
739                  * When balancing do not prefer CPUs with load > 1.
740                  * It allows round-robin between CPUs with equal load
741                  * within the CPU group for more fair scheduling.
742                  */
743                 if (__predict_false(s->cs_running) && l > 0)
744                         p = 0;
745
746                 load -= sched_random() % 128;
747                 if (bload > load - p) {
748                         bload = load - p;
749                         r->csr_cpu = c;
750                         r->csr_load = load;
751                 }
752         }
753         return (total);
754 }
755
756 static int
757 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, const struct cpu_search *s,
758     struct cpu_search_res *r)
759 {
760         struct cpu_search_res lr;
761         struct tdq *tdq;
762         int c, bload, l, load, total;
763
764         total = 0;
765         bload = INT_MIN;
766         r->csr_cpu = -1;
767
768         /* Loop through children CPU groups if there are any. */
769         if (cg->cg_children > 0) {
770                 for (c = cg->cg_children - 1; c >= 0; c--) {
771                         load = cpu_search_highest(&cg->cg_child[c], s, &lr);
772                         total += load;
773                         if (lr.csr_cpu >= 0 && (load > bload ||
774                             (load == bload && lr.csr_load > r->csr_load))) {
775                                 bload = load;
776                                 r->csr_cpu = lr.csr_cpu;
777                                 r->csr_load = lr.csr_load;
778                         }
779                 }
780                 return (total);
781         }
782
783         /* Loop through children CPUs otherwise. */
784         for (c = cg->cg_last; c >= cg->cg_first; c--) {
785                 if (!CPU_ISSET(c, &cg->cg_mask))
786                         continue;
787                 tdq = TDQ_CPU(c);
788                 l = TDQ_LOAD(tdq);
789                 load = l * 256;
790                 total += load;
791
792                 /*
793                  * Check this CPU is acceptable.
794                  */
795                 if (l < s->cs_load || TDQ_TRANSFERABLE(tdq) < s->cs_trans ||
796                     !CPU_ISSET(c, s->cs_mask))
797                         continue;
798
799                 load -= sched_random() % 256;
800                 if (load > bload) {
801                         bload = load;
802                         r->csr_cpu = c;
803                 }
804         }
805         r->csr_load = bload;
806         return (total);
807 }
808
809 /*
810  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
811  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
812  * acceptable.
813  */
814 static inline int
815 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t *mask, int pri, int maxload,
816     int prefer, int running)
817 {
818         struct cpu_search s;
819         struct cpu_search_res r;
820
821         s.cs_prefer = prefer;
822         s.cs_running = running;
823         s.cs_mask = mask;
824         s.cs_pri = pri;
825         s.cs_load = maxload;
826         cpu_search_lowest(cg, &s, &r);
827         return (r.csr_cpu);
828 }
829
830 /*
831  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
832  */
833 static inline int
834 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t *mask, int minload,
835     int mintrans)
836 {
837         struct cpu_search s;
838         struct cpu_search_res r;
839
840         s.cs_mask = mask;
841         s.cs_load = minload;
842         s.cs_trans = mintrans;
843         cpu_search_highest(cg, &s, &r);
844         return (r.csr_cpu);
845 }
846
847 static void
848 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
849 {
850         struct tdq *tdq;
851         struct thread *td;
852         cpuset_t hmask, lmask;
853         int high, low, anylow;
854
855         CPU_FILL(&hmask);
856         for (;;) {
857                 high = sched_highest(cg, &hmask, 1, 0);
858                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
859                 if (high == -1)
860                         break;
861                 CPU_CLR(high, &hmask);
862                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
863                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
864                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
865                         break;
866                 tdq = TDQ_CPU(high);
867                 if (TDQ_LOAD(tdq) == 1) {
868                         /*
869                          * There is only one running thread.  We can't move
870                          * it from here, so tell it to pick new CPU by itself.
871                          */
872                         TDQ_LOCK(tdq);
873                         td = tdq->tdq_curthread;
874                         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq) &&
875                             (td->td_flags & TDF_IDLETD) == 0 &&
876                             THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
877                                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_PICKCPU;
878                                 if (high != curcpu)
879                                         ipi_cpu(high, IPI_AST);
880                         }
881                         TDQ_UNLOCK(tdq);
882                         break;
883                 }
884                 anylow = 1;
885 nextlow:
886                 if (TDQ_TRANSFERABLE(tdq) == 0)
887                         continue;
888                 low = sched_lowest(cg, &lmask, -1, TDQ_LOAD(tdq) - 1, high, 1);
889                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
890                 if (anylow && low == -1)
891                         break;
892                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
893                 if (low == -1)
894                         continue;
895                 /* Transfer thread from high to low. */
896                 if (sched_balance_pair(tdq, TDQ_CPU(low))) {
897                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
898                         CPU_CLR(low, &hmask);
899                 } else {
900                         /*
901                          * If failed, then there is no threads on high
902                          * that can run on this low. Drop low from low
903                          * mask and look for different one.
904                          */
905                         CPU_CLR(low, &lmask);
906                         anylow = 0;
907                         goto nextlow;
908                 }
909         }
910 }
911
912 static void
913 sched_balance(void)
914 {
915         struct tdq *tdq;
916
917         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1) +
918             (sched_random() % balance_interval);
919         tdq = TDQ_SELF();
920         TDQ_UNLOCK(tdq);
921         sched_balance_group(cpu_top);
922         TDQ_LOCK(tdq);
923 }
924
925 /*
926  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
927  */
928 static void
929 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
930 {
931         if (one < two) {
932                 TDQ_LOCK(one);
933                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
934         } else {
935                 TDQ_LOCK(two);
936                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
937         }
938 }
939
940 /*
941  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
942  */
943 static void
944 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
945 {
946         TDQ_UNLOCK(one);
947         TDQ_UNLOCK(two);
948 }
949
950 /*
951  * Transfer load between two imbalanced thread queues.  Returns true if a thread
952  * was moved between the queues, and false otherwise.
953  */
954 static bool
955 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
956 {
957         int cpu, lowpri;
958         bool ret;
959
960         ret = false;
961         tdq_lock_pair(high, low);
962
963         /*
964          * Transfer a thread from high to low.
965          */
966         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load) {
967                 lowpri = tdq_move(high, low);
968                 if (lowpri != -1) {
969                         /*
970                          * In case the target isn't the current CPU notify it of
971                          * the new load, possibly sending an IPI to force it to
972                          * reschedule.  Otherwise maybe schedule a preemption.
973                          */
974                         cpu = TDQ_ID(low);
975                         if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
976                                 tdq_notify(low, lowpri);
977                         else
978                                 sched_setpreempt(low->tdq_lowpri);
979                         ret = true;
980                 }
981         }
982         tdq_unlock_pair(high, low);
983         return (ret);
984 }
985
986 /*
987  * Move a thread from one thread queue to another.  Returns -1 if the source
988  * queue was empty, else returns the maximum priority of all threads in
989  * the destination queue prior to the addition of the new thread.  In the latter
990  * case, this priority can be used to determine whether an IPI needs to be
991  * delivered.
992  */
993 static int
994 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
995 {
996         struct thread *td;
997         int cpu;
998
999         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
1000         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
1001
1002         cpu = TDQ_ID(to);
1003         td = tdq_steal(from, cpu);
1004         if (td == NULL)
1005                 return (-1);
1006
1007         /*
1008          * Although the run queue is locked the thread may be
1009          * blocked.  We can not set the lock until it is unblocked.
1010          */
1011         thread_lock_block_wait(td);
1012         sched_rem(td);
1013         THREAD_LOCKPTR_ASSERT(td, TDQ_LOCKPTR(from));
1014         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
1015         td_get_sched(td)->ts_cpu = cpu;
1016         return (tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING));
1017 }
1018
1019 /*
1020  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
1021  * to it.
1022  */
1023 static int
1024 tdq_idled(struct tdq *tdq)
1025 {
1026         struct cpu_group *cg, *parent;
1027         struct tdq *steal;
1028         cpuset_t mask;
1029         int cpu, switchcnt, goup;
1030
1031         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0 || tdq->tdq_cg == NULL)
1032                 return (1);
1033         CPU_FILL(&mask);
1034         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
1035 restart:
1036         switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
1037         for (cg = tdq->tdq_cg, goup = 0; ; ) {
1038                 cpu = sched_highest(cg, &mask, steal_thresh, 1);
1039                 /*
1040                  * We were assigned a thread but not preempted.  Returning
1041                  * 0 here will cause our caller to switch to it.
1042                  */
1043                 if (TDQ_LOAD(tdq))
1044                         return (0);
1045
1046                 /*
1047                  * We found no CPU to steal from in this group.  Escalate to
1048                  * the parent and repeat.  But if parent has only two children
1049                  * groups we can avoid searching this group again by searching
1050                  * the other one specifically and then escalating two levels.
1051                  */
1052                 if (cpu == -1) {
1053                         if (goup) {
1054                                 cg = cg->cg_parent;
1055                                 goup = 0;
1056                         }
1057                         parent = cg->cg_parent;
1058                         if (parent == NULL)
1059                                 return (1);
1060                         if (parent->cg_children == 2) {
1061                                 if (cg == &parent->cg_child[0])
1062                                         cg = &parent->cg_child[1];
1063                                 else
1064                                         cg = &parent->cg_child[0];
1065                                 goup = 1;
1066                         } else
1067                                 cg = parent;
1068                         continue;
1069                 }
1070                 steal = TDQ_CPU(cpu);
1071                 /*
1072                  * The data returned by sched_highest() is stale and
1073                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread.
1074                  *
1075                  * Testing this ahead of tdq_lock_pair() only catches
1076                  * this situation about 20% of the time on an 8 core
1077                  * 16 thread Ryzen 7, but it still helps performance.
1078                  */
1079                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
1080                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0)
1081                         goto restart;
1082                 /*
1083                  * Try to lock both queues. If we are assigned a thread while
1084                  * waited for the lock, switch to it now instead of stealing.
1085                  * If we can't get the lock, then somebody likely got there
1086                  * first so continue searching.
1087                  */
1088                 TDQ_LOCK(tdq);
1089                 if (tdq->tdq_load > 0) {
1090                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1091                         return (0);
1092                 }
1093                 if (TDQ_TRYLOCK_FLAGS(steal, MTX_DUPOK) == 0) {
1094                         TDQ_UNLOCK(tdq);
1095                         CPU_CLR(cpu, &mask);
1096                         continue;
1097                 }
1098                 /*
1099                  * The data returned by sched_highest() is stale and
1100                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread, or
1101                  * we were preempted and the CPU loading info may be out
1102                  * of date.  The latter is rare.  In either case restart
1103                  * the search.
1104                  */
1105                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
1106                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0 ||
1107                     switchcnt != TDQ_SWITCHCNT(tdq)) {
1108                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1109                         goto restart;
1110                 }
1111                 /*
1112                  * Steal the thread and switch to it.
1113                  */
1114                 if (tdq_move(steal, tdq) != -1)
1115                         break;
1116                 /*
1117                  * We failed to acquire a thread even though it looked
1118                  * like one was available.  This could be due to affinity
1119                  * restrictions or for other reasons.  Loop again after
1120                  * removing this CPU from the set.  The restart logic
1121                  * above does not restore this CPU to the set due to the
1122                  * likelyhood of failing here again.
1123                  */
1124                 CPU_CLR(cpu, &mask);
1125                 tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1126         }
1127         TDQ_UNLOCK(steal);
1128         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1129         return (0);
1130 }
1131
1132 /*
1133  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1134  *
1135  * "lowpri" is the minimum scheduling priority among all threads on
1136  * the queue prior to the addition of the new thread.
1137  */
1138 static void
1139 tdq_notify(struct tdq *tdq, int lowpri)
1140 {
1141         int cpu;
1142
1143         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1144         KASSERT(tdq->tdq_lowpri <= lowpri,
1145             ("tdq_notify: lowpri %d > tdq_lowpri %d", lowpri, tdq->tdq_lowpri));
1146
1147         if (tdq->tdq_owepreempt)
1148                 return;
1149
1150         /*
1151          * Check to see if the newly added thread should preempt the one
1152          * currently running.
1153          */
1154         if (!sched_shouldpreempt(tdq->tdq_lowpri, lowpri, 1))
1155                 return;
1156
1157         /*
1158          * Make sure that our caller's earlier update to tdq_load is
1159          * globally visible before we read tdq_cpu_idle.  Idle thread
1160          * accesses both of them without locks, and the order is important.
1161          */
1162         atomic_thread_fence_seq_cst();
1163
1164         /*
1165          * Try to figure out if we can signal the idle thread instead of sending
1166          * an IPI.  This check is racy; at worst, we will deliever an IPI
1167          * unnecessarily.
1168          */
1169         cpu = TDQ_ID(tdq);
1170         if (TD_IS_IDLETHREAD(tdq->tdq_curthread) &&
1171             (atomic_load_int(&tdq->tdq_cpu_idle) == 0 || cpu_idle_wakeup(cpu)))
1172                 return;
1173
1174         /*
1175          * The run queues have been updated, so any switch on the remote CPU
1176          * will satisfy the preemption request.
1177          */
1178         tdq->tdq_owepreempt = 1;
1179         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1180 }
1181
1182 /*
1183  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1184  * index.
1185  */
1186 static struct thread *
1187 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1188 {
1189         struct rqbits *rqb;
1190         struct rqhead *rqh;
1191         struct thread *td, *first;
1192         int bit;
1193         int i;
1194
1195         rqb = &rq->rq_status;
1196         bit = start & (RQB_BPW -1);
1197         first = NULL;
1198 again:
1199         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1200                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1201                         continue;
1202                 if (bit == 0)
1203                         bit = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1204                 for (; bit < RQB_BPW; bit++) {
1205                         if ((rqb->rqb_bits[i] & (1ul << bit)) == 0)
1206                                 continue;
1207                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (i << RQB_L2BPW)];
1208                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1209                                 if (first) {
1210                                         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1211                                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1212                                                 return (td);
1213                                 } else
1214                                         first = td;
1215                         }
1216                 }
1217         }
1218         if (start != 0) {
1219                 start = 0;
1220                 goto again;
1221         }
1222
1223         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1224             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1225                 return (first);
1226         return (NULL);
1227 }
1228
1229 /*
1230  * Steals load from a standard linear queue.
1231  */
1232 static struct thread *
1233 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1234 {
1235         struct rqhead *rqh;
1236         struct rqbits *rqb;
1237         struct thread *td;
1238         int word;
1239         int bit;
1240
1241         rqb = &rq->rq_status;
1242         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1243                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1244                         continue;
1245                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1246                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1247                                 continue;
1248                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1249                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1250                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1251                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1252                                         return (td);
1253                 }
1254         }
1255         return (NULL);
1256 }
1257
1258 /*
1259  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1260  */
1261 static struct thread *
1262 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1263 {
1264         struct thread *td;
1265
1266         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1267         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1268                 return (td);
1269         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1270             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1271                 return (td);
1272         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1273 }
1274
1275 /*
1276  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1277  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1278  */
1279 static inline struct tdq *
1280 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1281 {
1282
1283         struct tdq *tdq;
1284         struct mtx *mtx;
1285
1286         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1287         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1288         td_get_sched(td)->ts_cpu = cpu;
1289         /*
1290          * If the lock matches just return the queue.
1291          */
1292         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq)) {
1293                 KASSERT((flags & SRQ_HOLD) == 0,
1294                     ("sched_setcpu: Invalid lock for SRQ_HOLD"));
1295                 return (tdq);
1296         }
1297
1298         /*
1299          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1300          * prevent order reversals with other cpus locks.
1301          */
1302         spinlock_enter();
1303         mtx = thread_lock_block(td);
1304         if ((flags & SRQ_HOLD) == 0)
1305                 mtx_unlock_spin(mtx);
1306         TDQ_LOCK(tdq);
1307         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1308         spinlock_exit();
1309         return (tdq);
1310 }
1311
1312 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1313 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1314 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1315 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1316 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1317 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1318
1319 static int
1320 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1321 {
1322         struct cpu_group *cg, *ccg;
1323         struct td_sched *ts;
1324         struct tdq *tdq;
1325         cpuset_t *mask;
1326         int cpu, pri, r, self, intr;
1327
1328         self = PCPU_GET(cpuid);
1329         ts = td_get_sched(td);
1330         KASSERT(!CPU_ABSENT(ts->ts_cpu), ("sched_pickcpu: Start scheduler on "
1331             "absent CPU %d for thread %s.", ts->ts_cpu, td->td_name));
1332         if (smp_started == 0)
1333                 return (self);
1334         /*
1335          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1336          */
1337         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1338                 return (ts->ts_cpu);
1339         /*
1340          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1341          * the interrupt.
1342          */
1343         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1344             curthread->td_intr_nesting_level) {
1345                 tdq = TDQ_SELF();
1346                 if (tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE) {
1347                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1348                         return (self);
1349                 }
1350                 ts->ts_cpu = self;
1351                 intr = 1;
1352                 cg = tdq->tdq_cg;
1353                 goto llc;
1354         } else {
1355                 intr = 0;
1356                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1357                 cg = tdq->tdq_cg;
1358         }
1359         /*
1360          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1361          * expired and it is idle, run it there.
1362          */
1363         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1364             atomic_load_char(&tdq->tdq_lowpri) >= PRI_MIN_IDLE &&
1365             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1366                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1367                         /* Check all SMT threads for being idle. */
1368                         for (cpu = cg->cg_first; cpu <= cg->cg_last; cpu++) {
1369                                 pri =
1370                                     atomic_load_char(&TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri);
1371                                 if (CPU_ISSET(cpu, &cg->cg_mask) &&
1372                                     pri < PRI_MIN_IDLE)
1373                                         break;
1374                         }
1375                         if (cpu > cg->cg_last) {
1376                                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1377                                 return (ts->ts_cpu);
1378                         }
1379                 } else {
1380                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1381                         return (ts->ts_cpu);
1382                 }
1383         }
1384 llc:
1385         /*
1386          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1387          * Skip SMT, identical groups and caches with expired affinity.
1388          * Interrupt threads affinity is explicit and never expires.
1389          */
1390         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1391                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1392                         continue;
1393                 if (cg->cg_children == 1 || cg->cg_count == 1)
1394                         continue;
1395                 if (cg->cg_level == CG_SHARE_NONE ||
1396                     (!intr && !SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level)))
1397                         continue;
1398                 ccg = cg;
1399         }
1400         /* Found LLC shared by all CPUs, so do a global search. */
1401         if (ccg == cpu_top)
1402                 ccg = NULL;
1403         cpu = -1;
1404         mask = &td->td_cpuset->cs_mask;
1405         pri = td->td_priority;
1406         r = TD_IS_RUNNING(td);
1407         /*
1408          * Try hard to keep interrupts within found LLC.  Search the LLC for
1409          * the least loaded CPU we can run now.  For NUMA systems it should
1410          * be within target domain, and it also reduces scheduling overhead.
1411          */
1412         if (ccg != NULL && intr) {
1413                 cpu = sched_lowest(ccg, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1414                 if (cpu >= 0)
1415                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1416         } else
1417         /* Search the LLC for the least loaded idle CPU we can run now. */
1418         if (ccg != NULL) {
1419                 cpu = sched_lowest(ccg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1420                     INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1421                 if (cpu >= 0)
1422                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1423         }
1424         /* Search globally for the least loaded CPU we can run now. */
1425         if (cpu < 0) {
1426                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1427                 if (cpu >= 0)
1428                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1429         }
1430         /* Search globally for the least loaded CPU. */
1431         if (cpu < 0) {
1432                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1433                 if (cpu >= 0)
1434                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1435         }
1436         KASSERT(cpu >= 0, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1437         KASSERT(!CPU_ABSENT(cpu), ("sched_pickcpu: Picked absent CPU %d.", cpu));
1438         /*
1439          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1440          */
1441         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1442         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_SELF()->tdq_lowpri > pri &&
1443             atomic_load_char(&tdq->tdq_lowpri) < PRI_MIN_IDLE &&
1444             TDQ_LOAD(TDQ_SELF()) <= TDQ_LOAD(tdq) + 1) {
1445                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1446                 cpu = self;
1447         }
1448         if (cpu != ts->ts_cpu)
1449                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1450         return (cpu);
1451 }
1452 #endif
1453
1454 /*
1455  * Pick the highest priority task we have and return it.
1456  */
1457 static struct thread *
1458 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1459 {
1460         struct thread *td;
1461
1462         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1463         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1464         if (td != NULL)
1465                 return (td);
1466         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1467         if (td != NULL) {
1468                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1469                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1470                     td->td_priority));
1471                 return (td);
1472         }
1473         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1474         if (td != NULL) {
1475                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1476                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1477                     td->td_priority));
1478                 return (td);
1479         }
1480
1481         return (NULL);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Initialize a thread queue.
1486  */
1487 static void
1488 tdq_setup(struct tdq *tdq, int id)
1489 {
1490
1491         if (bootverbose)
1492                 printf("ULE: setup cpu %d\n", id);
1493         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1494         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1495         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1496         tdq->tdq_id = id;
1497         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1498             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1499         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock", MTX_SPIN);
1500 #ifdef KTR
1501         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1502             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1503 #endif
1504 }
1505
1506 #ifdef SMP
1507 static void
1508 sched_setup_smp(void)
1509 {
1510         struct tdq *tdq;
1511         int i;
1512
1513         cpu_top = smp_topo();
1514         CPU_FOREACH(i) {
1515                 tdq = DPCPU_ID_PTR(i, tdq);
1516                 tdq_setup(tdq, i);
1517                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1518                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1519                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1520                 DPCPU_ID_SET(i, randomval, i * 69069 + 5);
1521         }
1522         PCPU_SET(sched, DPCPU_PTR(tdq));
1523         balance_tdq = TDQ_SELF();
1524 }
1525 #endif
1526
1527 /*
1528  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1529  * information.
1530  */
1531 static void
1532 sched_setup(void *dummy)
1533 {
1534         struct tdq *tdq;
1535
1536 #ifdef SMP
1537         sched_setup_smp();
1538 #else
1539         tdq_setup(TDQ_SELF(), 0);
1540 #endif
1541         tdq = TDQ_SELF();
1542
1543         /* Add thread0's load since it's running. */
1544         TDQ_LOCK(tdq);
1545         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
1546         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1547         tdq->tdq_curthread = &thread0;
1548         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1549         TDQ_UNLOCK(tdq);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1554  */
1555 /* ARGSUSED */
1556 static void
1557 sched_initticks(void *dummy)
1558 {
1559         int incr;
1560
1561         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1562         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1563         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1564         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1565             realstathz);
1566
1567         /*
1568          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1569          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1570          */
1571         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1572         /*
1573          * This does not work for values of stathz that are more than
1574          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1575          */
1576         if (incr == 0)
1577                 incr = 1;
1578         tickincr = incr;
1579 #ifdef SMP
1580         /*
1581          * Set the default balance interval now that we know
1582          * what realstathz is.
1583          */
1584         balance_interval = realstathz;
1585         balance_ticks = balance_interval;
1586         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1587 #endif
1588         if (sched_idlespinthresh < 0)
1589                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1590 }
1591
1592 /*
1593  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1594  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1595  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1596  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1597  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1598  *
1599  * When a thread's sleep time is greater than its run time the
1600  * calculation is:
1601  *
1602  *                           scaling factor 
1603  * interactivity score =  ---------------------
1604  *                        sleep time / run time
1605  *
1606  *
1607  * When a thread's run time is greater than its sleep time the
1608  * calculation is:
1609  *
1610  *                           scaling factor 
1611  * interactivity score =  ---------------------    + scaling factor
1612  *                        run time / sleep time
1613  */
1614 static int
1615 sched_interact_score(struct thread *td)
1616 {
1617         struct td_sched *ts;
1618         int div;
1619
1620         ts = td_get_sched(td);
1621         /*
1622          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1623          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1624          * no chance.
1625          */
1626         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1627                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1628                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1629
1630         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1631                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1632                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1633                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1634         }
1635         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1636                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1637                 return (ts->ts_runtime / div);
1638         }
1639         /* runtime == slptime */
1640         if (ts->ts_runtime)
1641                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1642
1643         /*
1644          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1645          */
1646         return (0);
1647
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1652  * process.
1653  */
1654 static void
1655 sched_priority(struct thread *td)
1656 {
1657         u_int pri, score;
1658
1659         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1660                 return;
1661         /*
1662          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1663          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1664          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1665          *
1666          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1667          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1668          * utilization and the rest is decided by nice value.
1669          *
1670          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1671          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1672          * considered interactive.
1673          */
1674         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1675         if (score < sched_interact) {
1676                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1677                 pri += (PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) * score /
1678                     sched_interact;
1679                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1680                     ("sched_priority: invalid interactive priority %u score %u",
1681                     pri, score));
1682         } else {
1683                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1684                 if (td_get_sched(td)->ts_ticks)
1685                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td_get_sched(td)),
1686                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1687                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1688                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1689                     ("sched_priority: invalid priority %u: nice %d, "
1690                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1691                     pri, td->td_proc->p_nice, td_get_sched(td)->ts_ticks,
1692                     td_get_sched(td)->ts_ftick, td_get_sched(td)->ts_ltick,
1693                     SCHED_PRI_TICKS(td_get_sched(td))));
1694         }
1695         sched_user_prio(td, pri);
1696
1697         return;
1698 }
1699
1700 /*
1701  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1702  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1703  * function is ugly due to integer math.
1704  */
1705 static void
1706 sched_interact_update(struct thread *td)
1707 {
1708         struct td_sched *ts;
1709         u_int sum;
1710
1711         ts = td_get_sched(td);
1712         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1713         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1714                 return;
1715         /*
1716          * This only happens from two places:
1717          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1718          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1719          */
1720         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1721                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1722                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1723                         ts->ts_slptime = 1;
1724                 } else {
1725                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1726                         ts->ts_runtime = 1;
1727                 }
1728                 return;
1729         }
1730         /*
1731          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1732          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1733          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1734          */
1735         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1736                 ts->ts_runtime /= 2;
1737                 ts->ts_slptime /= 2;
1738                 return;
1739         }
1740         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1741         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1742 }
1743
1744 /*
1745  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1746  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1747  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1748  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1749  */
1750 static void
1751 sched_interact_fork(struct thread *td)
1752 {
1753         struct td_sched *ts;
1754         int ratio;
1755         int sum;
1756
1757         ts = td_get_sched(td);
1758         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1759         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1760                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1761                 ts->ts_runtime /= ratio;
1762                 ts->ts_slptime /= ratio;
1763         }
1764 }
1765
1766 /*
1767  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1768  */
1769 void
1770 schedinit(void)
1771 {
1772         struct td_sched *ts0;
1773
1774         /*
1775          * Set up the scheduler specific parts of thread0.
1776          */
1777         ts0 = td_get_sched(&thread0);
1778         ts0->ts_ltick = ticks;
1779         ts0->ts_ftick = ticks;
1780         ts0->ts_slice = 0;
1781         ts0->ts_cpu = curcpu;   /* set valid CPU number */
1782 }
1783
1784 /*
1785  * schedinit_ap() is needed prior to calling sched_throw(NULL) to ensure that
1786  * the pcpu requirements are met for any calls in the period between curthread
1787  * initialization and sched_throw().  One can safely add threads to the queue
1788  * before sched_throw(), for instance, as long as the thread lock is setup
1789  * correctly.
1790  *
1791  * TDQ_SELF() relies on the below sched pcpu setting; it may be used only
1792  * after schedinit_ap().
1793  */
1794 void
1795 schedinit_ap(void)
1796 {
1797
1798 #ifdef SMP
1799         PCPU_SET(sched, DPCPU_PTR(tdq));
1800 #endif
1801         PCPU_GET(idlethread)->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1802 }
1803
1804 /*
1805  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1806  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1807  * at most sched_slice stathz ticks.
1808  */
1809 int
1810 sched_rr_interval(void)
1811 {
1812
1813         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1814         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1815 }
1816
1817 /*
1818  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1819  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1820  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1821  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1822  */
1823 static void
1824 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1825 {
1826         int t = ticks;
1827
1828         /*
1829          * The signed difference may be negative if the thread hasn't run for
1830          * over half of the ticks rollover period.
1831          */
1832         if ((u_int)(t - ts->ts_ltick) >= SCHED_TICK_TARG) {
1833                 ts->ts_ticks = 0;
1834                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1835         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1836                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1837                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1838                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1839         }
1840         if (run)
1841                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1842         ts->ts_ltick = t;
1843 }
1844
1845 /*
1846  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1847  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1848  * functions.
1849  */
1850 static void
1851 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1852 {
1853         struct td_sched *ts;
1854         struct tdq *tdq;
1855         int oldpri;
1856
1857         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1858             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1859             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1860         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1861         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1862                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1863                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1864                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1865                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1866                     curthread);
1867         } 
1868         ts = td_get_sched(td);
1869         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1870         if (td->td_priority == prio)
1871                 return;
1872         /*
1873          * If the priority has been elevated due to priority
1874          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1875          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1876          * cases.
1877          */
1878         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1879                 sched_rem(td);
1880                 td->td_priority = prio;
1881                 sched_add(td, SRQ_BORROWING | SRQ_HOLDTD);
1882                 return;
1883         }
1884         /*
1885          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1886          * information so other cpus are aware of our current priority.
1887          */
1888         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1889                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1890                 oldpri = td->td_priority;
1891                 td->td_priority = prio;
1892                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1893                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1894                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1895                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1896                 return;
1897         }
1898         td->td_priority = prio;
1899 }
1900
1901 /*
1902  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1903  * priority.
1904  */
1905 void
1906 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1907 {
1908
1909         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1910         sched_thread_priority(td, prio);
1911 }
1912
1913 /*
1914  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1915  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1916  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1917  * requests.  If the thread's regular priority is less
1918  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1919  * of prio.
1920  */
1921 void
1922 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1923 {
1924         u_char base_pri;
1925
1926         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1927             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1928                 base_pri = td->td_user_pri;
1929         else
1930                 base_pri = td->td_base_pri;
1931         if (prio >= base_pri) {
1932                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1933                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1934         } else
1935                 sched_lend_prio(td, prio);
1936 }
1937
1938 /*
1939  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1940  */
1941 void
1942 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1943 {
1944         u_char oldprio;
1945
1946         /* First, update the base priority. */
1947         td->td_base_pri = prio;
1948
1949         /*
1950          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1951          * ever lower the priority.
1952          */
1953         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1954                 return;
1955
1956         /* Change the real priority. */
1957         oldprio = td->td_priority;
1958         sched_thread_priority(td, prio);
1959
1960         /*
1961          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1962          * its state.
1963          */
1964         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1965                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1966 }
1967
1968 /*
1969  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1970  */
1971 void
1972 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1973 {
1974
1975         td->td_base_user_pri = prio;
1976         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1977                 return;
1978         td->td_user_pri = prio;
1979 }
1980
1981 void
1982 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1983 {
1984
1985         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1986         td->td_lend_user_pri = prio;
1987         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1988         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1989                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1990         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1991                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1992 }
1993
1994 /*
1995  * Like the above but first check if there is anything to do.
1996  */
1997 void
1998 sched_lend_user_prio_cond(struct thread *td, u_char prio)
1999 {
2000
2001         if (td->td_lend_user_pri != prio)
2002                 goto lend;
2003         if (td->td_user_pri != min(prio, td->td_base_user_pri))
2004                 goto lend;
2005         if (td->td_priority != td->td_user_pri)
2006                 goto lend;
2007         return;
2008
2009 lend:
2010         thread_lock(td);
2011         sched_lend_user_prio(td, prio);
2012         thread_unlock(td);
2013 }
2014
2015 #ifdef SMP
2016 /*
2017  * This tdq is about to idle.  Try to steal a thread from another CPU before
2018  * choosing the idle thread.
2019  */
2020 static void
2021 tdq_trysteal(struct tdq *tdq)
2022 {
2023         struct cpu_group *cg, *parent;
2024         struct tdq *steal;
2025         cpuset_t mask;
2026         int cpu, i, goup;
2027
2028         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0 || trysteal_limit == 0 ||
2029             tdq->tdq_cg == NULL)
2030                 return;
2031         CPU_FILL(&mask);
2032         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
2033         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
2034         spinlock_enter();
2035         TDQ_UNLOCK(tdq);
2036         for (i = 1, cg = tdq->tdq_cg, goup = 0; ; ) {
2037                 cpu = sched_highest(cg, &mask, steal_thresh, 1);
2038                 /*
2039                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
2040                  * steal one here.
2041                  */
2042                 if (TDQ_LOAD(tdq) > 0) {
2043                         TDQ_LOCK(tdq);
2044                         break;
2045                 }
2046
2047                 /*
2048                  * We found no CPU to steal from in this group.  Escalate to
2049                  * the parent and repeat.  But if parent has only two children
2050                  * groups we can avoid searching this group again by searching
2051                  * the other one specifically and then escalating two levels.
2052                  */
2053                 if (cpu == -1) {
2054                         if (goup) {
2055                                 cg = cg->cg_parent;
2056                                 goup = 0;
2057                         }
2058                         if (++i > trysteal_limit) {
2059                                 TDQ_LOCK(tdq);
2060                                 break;
2061                         }
2062                         parent = cg->cg_parent;
2063                         if (parent == NULL) {
2064                                 TDQ_LOCK(tdq);
2065                                 break;
2066                         }
2067                         if (parent->cg_children == 2) {
2068                                 if (cg == &parent->cg_child[0])
2069                                         cg = &parent->cg_child[1];
2070                                 else
2071                                         cg = &parent->cg_child[0];
2072                                 goup = 1;
2073                         } else
2074                                 cg = parent;
2075                         continue;
2076                 }
2077                 steal = TDQ_CPU(cpu);
2078                 /*
2079                  * The data returned by sched_highest() is stale and
2080                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread.
2081                  * At this point unconditionally exit the loop to bound
2082                  * the time spent in the critcal section.
2083                  */
2084                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
2085                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0)
2086                         continue;
2087                 /*
2088                  * Try to lock both queues. If we are assigned a thread while
2089                  * waited for the lock, switch to it now instead of stealing.
2090                  * If we can't get the lock, then somebody likely got there
2091                  * first.
2092                  */
2093                 TDQ_LOCK(tdq);
2094                 if (tdq->tdq_load > 0)
2095                         break;
2096                 if (TDQ_TRYLOCK_FLAGS(steal, MTX_DUPOK) == 0)
2097                         break;
2098                 /*
2099                  * The data returned by sched_highest() is stale and
2100                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread.
2101                  */
2102                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
2103                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0) {
2104                         TDQ_UNLOCK(steal);
2105                         break;
2106                 }
2107                 /*
2108                  * If we fail to acquire one due to affinity restrictions,
2109                  * bail out and let the idle thread to a more complete search
2110                  * outside of a critical section.
2111                  */
2112                 if (tdq_move(steal, tdq) == -1) {
2113                         TDQ_UNLOCK(steal);
2114                         break;
2115                 }
2116                 TDQ_UNLOCK(steal);
2117                 break;
2118         }
2119         spinlock_exit();
2120 }
2121 #endif
2122
2123 /*
2124  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
2125  * cpu binding.
2126  */
2127 static struct mtx *
2128 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2129 {
2130         struct tdq *tdn;
2131 #ifdef SMP
2132         int lowpri;
2133 #endif
2134
2135         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
2136             (td_get_sched(td)->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
2137             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
2138         KASSERT(!CPU_ABSENT(td_get_sched(td)->ts_cpu), ("sched_switch_migrate: "
2139             "thread %s queued on absent CPU %d.", td->td_name,
2140             td_get_sched(td)->ts_cpu));
2141         tdn = TDQ_CPU(td_get_sched(td)->ts_cpu);
2142 #ifdef SMP
2143         tdq_load_rem(tdq, td);
2144         /*
2145          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We have an 
2146          * extra spinlock nesting from sched_switch() which will
2147          * prevent preemption while we're holding neither run-queue lock.
2148          */
2149         TDQ_UNLOCK(tdq);
2150         TDQ_LOCK(tdn);
2151         lowpri = tdq_add(tdn, td, flags);
2152         tdq_notify(tdn, lowpri);
2153         TDQ_UNLOCK(tdn);
2154         TDQ_LOCK(tdq);
2155 #endif
2156         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
2157 }
2158
2159 /*
2160  * thread_lock_unblock() that does not assume td_lock is blocked.
2161  */
2162 static inline void
2163 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
2164 {
2165         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
2166             (uintptr_t)mtx);
2167 }
2168
2169 /*
2170  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
2171  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
2172  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
2173  * be assigned elsewhere via binding.
2174  */
2175 void
2176 sched_switch(struct thread *td, int flags)
2177 {
2178         struct thread *newtd;
2179         struct tdq *tdq;
2180         struct td_sched *ts;
2181         struct mtx *mtx;
2182         int srqflag;
2183         int cpuid, preempted;
2184 #ifdef SMP
2185         int pickcpu;
2186 #endif
2187
2188         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2189
2190         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2191         tdq = TDQ_SELF();
2192         ts = td_get_sched(td);
2193         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2194 #ifdef SMP
2195         pickcpu = (td->td_flags & TDF_PICKCPU) != 0;
2196         if (pickcpu)
2197                 ts->ts_rltick = ticks - affinity * MAX_CACHE_LEVELS;
2198         else
2199                 ts->ts_rltick = ticks;
2200 #endif
2201         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
2202         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
2203             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
2204         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_PICKCPU | TDF_SLICEEND);
2205         td->td_owepreempt = 0;
2206         atomic_store_char(&tdq->tdq_owepreempt, 0);
2207         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
2208                 TDQ_SWITCHCNT_INC(tdq);
2209
2210         /*
2211          * Always block the thread lock so we can drop the tdq lock early.
2212          */
2213         mtx = thread_lock_block(td);
2214         spinlock_enter();
2215         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
2216                 MPASS(mtx == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2217                 TD_SET_CAN_RUN(td);
2218         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
2219                 MPASS(mtx == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2220                 srqflag = preempted ?
2221                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
2222                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
2223 #ifdef SMP
2224                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && (!THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu)
2225                     || pickcpu))
2226                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
2227 #endif
2228                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
2229                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
2230                 else
2231                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
2232         } else {
2233                 /* This thread must be going to sleep. */
2234                 if (mtx != TDQ_LOCKPTR(tdq)) {
2235                         mtx_unlock_spin(mtx);
2236                         TDQ_LOCK(tdq);
2237                 }
2238                 tdq_load_rem(tdq, td);
2239 #ifdef SMP
2240                 if (tdq->tdq_load == 0)
2241                         tdq_trysteal(tdq);
2242 #endif
2243         }
2244
2245 #if (KTR_COMPILE & KTR_SCHED) != 0
2246         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2247                 KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "idle",
2248                     "prio:%d", td->td_priority);
2249         else
2250                 KTR_STATE3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), KTDSTATE(td),
2251                     "prio:%d", td->td_priority, "wmesg:\"%s\"", td->td_wmesg,
2252                     "lockname:\"%s\"", td->td_lockname);
2253 #endif
2254
2255         /*
2256          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
2257          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
2258          * thread-queue locked.
2259          */
2260         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2261         MPASS(td == tdq->tdq_curthread);
2262         newtd = choosethread();
2263         sched_pctcpu_update(td_get_sched(newtd), 0);
2264         TDQ_UNLOCK(tdq);
2265
2266         /*
2267          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
2268          */
2269         if (td != newtd) {
2270 #ifdef  HWPMC_HOOKS
2271                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
2272                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
2273 #endif
2274                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
2275
2276 #ifdef KDTRACE_HOOKS
2277                 /*
2278                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
2279                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
2280                  * function to call.
2281                  */
2282                 if (dtrace_vtime_active)
2283                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
2284 #endif
2285                 td->td_oncpu = NOCPU;
2286                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
2287                 cpuid = td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
2288
2289                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
2290 #ifdef  HWPMC_HOOKS
2291                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
2292                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
2293 #endif
2294         } else {
2295                 thread_unblock_switch(td, mtx);
2296                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
2297         }
2298         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1,
2299             ("invalid count %d", curthread->td_md.md_spinlock_count));
2300
2301         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
2302             "prio:%d", td->td_priority);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
2307  */
2308 void
2309 sched_nice(struct proc *p, int nice)
2310 {
2311         struct thread *td;
2312
2313         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2314
2315         p->p_nice = nice;
2316         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
2317                 thread_lock(td);
2318                 sched_priority(td);
2319                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
2320                 thread_unlock(td);
2321         }
2322 }
2323
2324 /*
2325  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
2326  */
2327 void
2328 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
2329 {
2330
2331         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2332
2333         td->td_slptick = ticks;
2334         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
2335                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
2336         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
2337                 return;
2338         if (static_boost == 1 && prio)
2339                 sched_prio(td, prio);
2340         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
2341                 sched_prio(td, static_boost);
2342 }
2343
2344 /*
2345  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2346  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2347  *
2348  * Requires the thread lock on entry, drops on exit.
2349  */
2350 void
2351 sched_wakeup(struct thread *td, int srqflags)
2352 {
2353         struct td_sched *ts;
2354         int slptick;
2355
2356         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2357         ts = td_get_sched(td);
2358         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2359
2360         /*
2361          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2362          * priority.
2363          */
2364         slptick = td->td_slptick;
2365         td->td_slptick = 0;
2366         if (slptick && slptick != ticks) {
2367                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2368                 sched_interact_update(td);
2369                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2370         }
2371         /*
2372          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2373          */
2374         ts->ts_slice = 0;
2375         sched_add(td, SRQ_BORING | srqflags);
2376 }
2377
2378 /*
2379  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2380  * priority.
2381  */
2382 void
2383 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2384 {
2385         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2386         sched_pctcpu_update(td_get_sched(td), 1);
2387         sched_fork_thread(td, child);
2388         /*
2389          * Penalize the parent and child for forking.
2390          */
2391         sched_interact_fork(child);
2392         sched_priority(child);
2393         td_get_sched(td)->ts_runtime += tickincr;
2394         sched_interact_update(td);
2395         sched_priority(td);
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Fork a new thread, may be within the same process.
2400  */
2401 void
2402 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2403 {
2404         struct td_sched *ts;
2405         struct td_sched *ts2;
2406         struct tdq *tdq;
2407
2408         tdq = TDQ_SELF();
2409         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2410         /*
2411          * Initialize child.
2412          */
2413         ts = td_get_sched(td);
2414         ts2 = td_get_sched(child);
2415         child->td_oncpu = NOCPU;
2416         child->td_lastcpu = NOCPU;
2417         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2418         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2419         child->td_domain.dr_policy = td->td_cpuset->cs_domain;
2420         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2421         ts2->ts_flags = 0;
2422         /*
2423          * Grab our parents cpu estimation information.
2424          */
2425         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2426         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2427         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2428         /*
2429          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2430          */
2431         child->td_priority = child->td_base_pri;
2432         /*
2433          * And update interactivity score.
2434          */
2435         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2436         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2437         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2438         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2439 #ifdef KTR
2440         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2441 #endif
2442 }
2443
2444 /*
2445  * Adjust the priority class of a thread.
2446  */
2447 void
2448 sched_class(struct thread *td, int class)
2449 {
2450
2451         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2452         if (td->td_pri_class == class)
2453                 return;
2454         td->td_pri_class = class;
2455 }
2456
2457 /*
2458  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2459  */
2460 void
2461 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2462 {
2463         struct thread *td;
2464
2465         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2466             "prio:%d", child->td_priority);
2467         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2468         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2469         sched_exit_thread(td, child);
2470 }
2471
2472 /*
2473  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2474  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2475  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2476  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2477  */
2478 void
2479 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2480 {
2481
2482         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2483             "prio:%d", child->td_priority);
2484         /*
2485          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2486          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2487          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2488          */
2489         thread_lock(td);
2490         td_get_sched(td)->ts_runtime += td_get_sched(child)->ts_runtime;
2491         sched_interact_update(td);
2492         sched_priority(td);
2493         thread_unlock(td);
2494 }
2495
2496 void
2497 sched_preempt(struct thread *td)
2498 {
2499         struct tdq *tdq;
2500         int flags;
2501
2502         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2503
2504         thread_lock(td);
2505         tdq = TDQ_SELF();
2506         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2507         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2508                 if (td->td_critnest == 1) {
2509                         flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2510                         flags |= TD_IS_IDLETHREAD(td) ? SWT_REMOTEWAKEIDLE :
2511                             SWT_REMOTEPREEMPT;
2512                         mi_switch(flags);
2513                         /* Switch dropped thread lock. */
2514                         return;
2515                 }
2516                 td->td_owepreempt = 1;
2517         } else {
2518                 tdq->tdq_owepreempt = 0;
2519         }
2520         thread_unlock(td);
2521 }
2522
2523 /*
2524  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2525  * to static priorities in msleep() or similar.
2526  */
2527 void
2528 sched_userret_slowpath(struct thread *td)
2529 {
2530
2531         thread_lock(td);
2532         td->td_priority = td->td_user_pri;
2533         td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2534         tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2535         thread_unlock(td);
2536 }
2537
2538 /*
2539  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2540  * threads.
2541  */
2542 void
2543 sched_clock(struct thread *td, int cnt)
2544 {
2545         struct tdq *tdq;
2546         struct td_sched *ts;
2547
2548         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2549         tdq = TDQ_SELF();
2550 #ifdef SMP
2551         /*
2552          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2553          */
2554         if (balance_tdq == tdq && smp_started != 0 && rebalance != 0 &&
2555             balance_ticks != 0) {
2556                 balance_ticks -= cnt;
2557                 if (balance_ticks <= 0)
2558                         sched_balance();
2559         }
2560 #endif
2561         /*
2562          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2563          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2564          * If there is some activity seed it to reflect that.
2565          */
2566         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2567         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2568
2569         /*
2570          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2571          * threads get a chance to run.
2572          */
2573         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2574                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2575                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2576                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2577         }
2578         ts = td_get_sched(td);
2579         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2580         if ((td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT) || TD_IS_IDLETHREAD(td))
2581                 return;
2582
2583         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2584                 /*
2585                  * We used a tick; charge it to the thread so
2586                  * that we can compute our interactivity.
2587                  */
2588                 td_get_sched(td)->ts_runtime += tickincr * cnt;
2589                 sched_interact_update(td);
2590                 sched_priority(td);
2591         }
2592
2593         /*
2594          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2595          * time slice (default is 100ms).
2596          */
2597         ts->ts_slice += cnt;
2598         if (ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2599                 ts->ts_slice = 0;
2600                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2601         }
2602 }
2603
2604 u_int
2605 sched_estcpu(struct thread *td __unused)
2606 {
2607
2608         return (0);
2609 }
2610
2611 /*
2612  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2613  * cooperative idle threads.
2614  */
2615 int
2616 sched_runnable(void)
2617 {
2618         struct tdq *tdq;
2619         int load;
2620
2621         load = 1;
2622
2623         tdq = TDQ_SELF();
2624         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2625                 if (TDQ_LOAD(tdq) > 0)
2626                         goto out;
2627         } else
2628                 if (TDQ_LOAD(tdq) - 1 > 0)
2629                         goto out;
2630         load = 0;
2631 out:
2632         return (load);
2633 }
2634
2635 /*
2636  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2637  * the run-queue while running however the load remains.
2638  */
2639 struct thread *
2640 sched_choose(void)
2641 {
2642         struct thread *td;
2643         struct tdq *tdq;
2644
2645         tdq = TDQ_SELF();
2646         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2647         td = tdq_choose(tdq);
2648         if (td != NULL) {
2649                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2650                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2651         } else { 
2652                 tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2653                 td = PCPU_GET(idlethread);
2654         }
2655         tdq->tdq_curthread = td;
2656         return (td);
2657 }
2658
2659 /*
2660  * Set owepreempt if the currently running thread has lower priority than "pri".
2661  * Preemption never happens directly in ULE, we always request it once we exit a
2662  * critical section.
2663  */
2664 static void
2665 sched_setpreempt(int pri)
2666 {
2667         struct thread *ctd;
2668         int cpri;
2669
2670         ctd = curthread;
2671         THREAD_LOCK_ASSERT(ctd, MA_OWNED);
2672
2673         cpri = ctd->td_priority;
2674         if (pri < cpri)
2675                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2676         if (KERNEL_PANICKED() || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2677                 return;
2678         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2679                 return;
2680         ctd->td_owepreempt = 1;
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2685  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2686  * predetermined.
2687  */
2688 static int
2689 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2690 {
2691         int lowpri;
2692
2693         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2694         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
2695         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2696             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2697         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2698             ("sched_add: bad thread state"));
2699         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2700             ("sched_add: thread swapped out"));
2701
2702         lowpri = tdq->tdq_lowpri;
2703         if (td->td_priority < lowpri)
2704                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2705         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2706         tdq_load_add(tdq, td);
2707         return (lowpri);
2708 }
2709
2710 /*
2711  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2712  * preemption or IPI a remote processor if required.
2713  *
2714  * Requires the thread lock on entry, drops on exit.
2715  */
2716 void
2717 sched_add(struct thread *td, int flags)
2718 {
2719         struct tdq *tdq;
2720 #ifdef SMP
2721         int cpu, lowpri;
2722 #endif
2723
2724         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2725             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2726             sched_tdname(curthread));
2727         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2728             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2729         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2730             flags & SRQ_PREEMPTED);
2731         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2732         /*
2733          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2734          * run-queue.
2735          */
2736         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2737                 sched_priority(td);
2738 #ifdef SMP
2739         /*
2740          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2741          * target cpu.
2742          */
2743         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2744         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2745         lowpri = tdq_add(tdq, td, flags);
2746         if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
2747                 tdq_notify(tdq, lowpri);
2748         else if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2749                 sched_setpreempt(td->td_priority);
2750 #else
2751         tdq = TDQ_SELF();
2752         /*
2753          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2754          * to the scheduler's lock.
2755          */
2756         if (td->td_lock != TDQ_LOCKPTR(tdq)) {
2757                 TDQ_LOCK(tdq);
2758                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
2759                         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2760                 else
2761                         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2762         }
2763         (void)tdq_add(tdq, td, flags);
2764         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2765                 sched_setpreempt(td->td_priority);
2766 #endif
2767         if (!(flags & SRQ_HOLDTD))
2768                 thread_unlock(td);
2769 }
2770
2771 /*
2772  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2773  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2774  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2775  */
2776 void
2777 sched_rem(struct thread *td)
2778 {
2779         struct tdq *tdq;
2780
2781         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2782             "prio:%d", td->td_priority);
2783         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2784         tdq = TDQ_CPU(td_get_sched(td)->ts_cpu);
2785         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2786         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2787         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2788             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2789         tdq_runq_rem(tdq, td);
2790         tdq_load_rem(tdq, td);
2791         TD_SET_CAN_RUN(td);
2792         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2793                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2794 }
2795
2796 /*
2797  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2798  */
2799 fixpt_t
2800 sched_pctcpu(struct thread *td)
2801 {
2802         fixpt_t pctcpu;
2803         struct td_sched *ts;
2804
2805         pctcpu = 0;
2806         ts = td_get_sched(td);
2807
2808         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2809         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2810         if (ts->ts_ticks) {
2811                 int rtick;
2812
2813                 /* How many rtick per second ? */
2814                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2815                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2816         }
2817
2818         return (pctcpu);
2819 }
2820
2821 /*
2822  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2823  * cpumask.
2824  */
2825 void
2826 sched_affinity(struct thread *td)
2827 {
2828 #ifdef SMP
2829         struct td_sched *ts;
2830
2831         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2832         ts = td_get_sched(td);
2833         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2834                 return;
2835         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2836                 sched_rem(td);
2837                 sched_add(td, SRQ_BORING | SRQ_HOLDTD);
2838                 return;
2839         }
2840         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2841                 return;
2842         /*
2843          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2844          * target thread is not running locally send an ipi to force
2845          * the issue.
2846          */
2847         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2848         if (td != curthread)
2849                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2850 #endif
2851 }
2852
2853 /*
2854  * Bind a thread to a target cpu.
2855  */
2856 void
2857 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2858 {
2859         struct td_sched *ts;
2860
2861         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2862         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2863         ts = td_get_sched(td);
2864         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2865                 sched_unbind(td);
2866         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2867         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2868         sched_pin();
2869         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2870                 return;
2871         ts->ts_cpu = cpu;
2872         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2873         mi_switch(SW_VOL);
2874         thread_lock(td);
2875 }
2876
2877 /*
2878  * Release a bound thread.
2879  */
2880 void
2881 sched_unbind(struct thread *td)
2882 {
2883         struct td_sched *ts;
2884
2885         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2886         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2887         ts = td_get_sched(td);
2888         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2889                 return;
2890         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2891         sched_unpin();
2892 }
2893
2894 int
2895 sched_is_bound(struct thread *td)
2896 {
2897         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2898         return (td_get_sched(td)->ts_flags & TSF_BOUND);
2899 }
2900
2901 /*
2902  * Basic yield call.
2903  */
2904 void
2905 sched_relinquish(struct thread *td)
2906 {
2907         thread_lock(td);
2908         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH);
2909 }
2910
2911 /*
2912  * Return the total system load.
2913  */
2914 int
2915 sched_load(void)
2916 {
2917 #ifdef SMP
2918         int total;
2919         int i;
2920
2921         total = 0;
2922         CPU_FOREACH(i)
2923                 total += atomic_load_int(&TDQ_CPU(i)->tdq_sysload);
2924         return (total);
2925 #else
2926         return (atomic_load_int(&TDQ_SELF()->tdq_sysload));
2927 #endif
2928 }
2929
2930 int
2931 sched_sizeof_proc(void)
2932 {
2933         return (sizeof(struct proc));
2934 }
2935
2936 int
2937 sched_sizeof_thread(void)
2938 {
2939         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2940 }
2941
2942 #ifdef SMP
2943 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2944     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2945 #else
2946 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2947 #endif
2948
2949 /*
2950  * The actual idle process.
2951  */
2952 void
2953 sched_idletd(void *dummy)
2954 {
2955         struct thread *td;
2956         struct tdq *tdq;
2957         int oldswitchcnt, switchcnt;
2958         int i;
2959
2960         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2961         td = curthread;
2962         tdq = TDQ_SELF();
2963         THREAD_NO_SLEEPING();
2964         oldswitchcnt = -1;
2965         for (;;) {
2966                 if (TDQ_LOAD(tdq)) {
2967                         thread_lock(td);
2968                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
2969                 }
2970                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
2971 #ifdef SMP
2972                 if (always_steal || switchcnt != oldswitchcnt) {
2973                         oldswitchcnt = switchcnt;
2974                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2975                                 continue;
2976                 }
2977                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
2978 #else
2979                 oldswitchcnt = switchcnt;
2980 #endif
2981                 /*
2982                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2983                  * for load rather than entering a low power state that 
2984                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2985                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2986                  * cycles from cores doing useful work.
2987                  */
2988                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2989                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2990                                 if (TDQ_LOAD(tdq))
2991                                         break;
2992                                 cpu_spinwait();
2993                         }
2994                 }
2995
2996                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2997                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
2998                 if (TDQ_LOAD(tdq) != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2999                         continue;
3000
3001                 /* Run main MD idle handler. */
3002                 atomic_store_int(&tdq->tdq_cpu_idle, 1);
3003                 /*
3004                  * Make sure that the tdq_cpu_idle update is globally visible
3005                  * before cpu_idle() reads tdq_load.  The order is important
3006                  * to avoid races with tdq_notify().
3007                  */
3008                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3009                 /*
3010                  * Checking for again after the fence picks up assigned
3011                  * threads often enough to make it worthwhile to do so in
3012                  * order to avoid calling cpu_idle().
3013                  */
3014                 if (TDQ_LOAD(tdq) != 0) {
3015                         atomic_store_int(&tdq->tdq_cpu_idle, 0);
3016                         continue;
3017                 }
3018                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
3019                 atomic_store_int(&tdq->tdq_cpu_idle, 0);
3020
3021                 /*
3022                  * Account thread-less hardware interrupts and
3023                  * other wakeup reasons equal to context switches.
3024                  */
3025                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
3026                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
3027                         continue;
3028                 TDQ_SWITCHCNT_INC(tdq);
3029                 oldswitchcnt++;
3030         }
3031 }
3032
3033 /*
3034  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
3035  */
3036 void
3037 sched_throw(struct thread *td)
3038 {
3039         struct thread *newtd;
3040         struct tdq *tdq;
3041
3042         tdq = TDQ_SELF();
3043         if (__predict_false(td == NULL)) {
3044                 TDQ_LOCK(tdq);
3045                 /* Correct spinlock nesting. */
3046                 spinlock_exit();
3047                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
3048                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
3049         } else {
3050                 THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
3051                 THREAD_LOCKPTR_ASSERT(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
3052                 tdq_load_rem(tdq, td);
3053                 td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
3054                 td->td_oncpu = NOCPU;
3055                 thread_lock_block(td);
3056         }
3057         newtd = choosethread();
3058         spinlock_enter();
3059         TDQ_UNLOCK(tdq);
3060         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1,
3061             ("invalid count %d", curthread->td_md.md_spinlock_count));
3062         /* doesn't return */
3063         if (__predict_false(td == NULL))
3064                 cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
3065         else
3066                 cpu_switch(td, newtd, TDQ_LOCKPTR(tdq));
3067 }
3068
3069 /*
3070  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
3071  * let fork do the rest of the work.
3072  */
3073 void
3074 sched_fork_exit(struct thread *td)
3075 {
3076         struct tdq *tdq;
3077         int cpuid;
3078
3079         /*
3080          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
3081          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
3082          */
3083         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1,
3084             ("invalid count %d", curthread->td_md.md_spinlock_count));
3085         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3086         tdq = TDQ_SELF();
3087         TDQ_LOCK(tdq);
3088         spinlock_exit();
3089         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
3090         td->td_oncpu = cpuid;
3091         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
3092             "prio:%d", td->td_priority);
3093         SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
3094 }
3095
3096 /*
3097  * Create on first use to catch odd startup conditions.
3098  */
3099 char *
3100 sched_tdname(struct thread *td)
3101 {
3102 #ifdef KTR
3103         struct td_sched *ts;
3104
3105         ts = td_get_sched(td);
3106         if (ts->ts_name[0] == '\0')
3107                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
3108                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
3109         return (ts->ts_name);
3110 #else
3111         return (td->td_name);
3112 #endif
3113 }
3114
3115 #ifdef KTR
3116 void
3117 sched_clear_tdname(struct thread *td)
3118 {
3119         struct td_sched *ts;
3120
3121         ts = td_get_sched(td);
3122         ts->ts_name[0] = '\0';
3123 }
3124 #endif
3125
3126 #ifdef SMP
3127
3128 /*
3129  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
3130  * the topology tree.
3131  */
3132 static int
3133 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
3134     int indent)
3135 {
3136         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
3137         int i, first;
3138
3139         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
3140             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
3141         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
3142             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
3143         first = TRUE;
3144         for (i = cg->cg_first; i <= cg->cg_last; i++) {
3145                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
3146                         if (!first)
3147                                 sbuf_printf(sb, ", ");
3148                         else
3149                                 first = FALSE;
3150                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
3151                 }
3152         }
3153         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
3154
3155         if (cg->cg_flags != 0) {
3156                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
3157                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
3158                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
3159                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
3160                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
3161                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
3162                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
3163                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_NODE) != 0)
3164                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"NODE\">NUMA node</flag>");
3165                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
3166         }
3167
3168         if (cg->cg_children > 0) {
3169                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
3170                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
3171                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
3172                             &cg->cg_child[i], indent+2);
3173                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
3174         }
3175         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
3176         return (0);
3177 }
3178
3179 /*
3180  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
3181  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
3182  */
3183 static int
3184 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3185 {
3186         struct sbuf *topo;
3187         int err;
3188
3189         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
3190
3191         topo = sbuf_new_for_sysctl(NULL, NULL, 512, req);
3192         if (topo == NULL)
3193                 return (ENOMEM);
3194
3195         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
3196         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
3197         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
3198
3199         if (err == 0) {
3200                 err = sbuf_finish(topo);
3201         }
3202         sbuf_delete(topo);
3203         return (err);
3204 }
3205
3206 #endif
3207
3208 static int
3209 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3210 {
3211         int error, new_val, period;
3212
3213         period = 1000000 / realstathz;
3214         new_val = period * sched_slice;
3215         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
3216         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
3217                 return (error);
3218         if (new_val <= 0)
3219                 return (EINVAL);
3220         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
3221         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
3222         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
3223             realstathz);
3224         return (0);
3225 }
3226
3227 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
3228     "Scheduler");
3229 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
3230     "Scheduler name");
3231 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum,
3232     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
3233     sysctl_kern_quantum, "I",
3234     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
3235 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
3236     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
3237 SYSCTL_UINT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
3238     "Interactivity score threshold");
3239 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
3240     &preempt_thresh, 0,
3241     "Maximal (lowest) priority for preemption");
3242 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
3243     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
3244 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
3245     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
3246 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
3247     &sched_idlespinthresh, 0,
3248     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
3249 #ifdef SMP
3250 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
3251     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
3252 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
3253     "Enables the long-term load balancer");
3254 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
3255     &balance_interval, 0,
3256     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
3257 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
3258     "Attempts to steal work from other cores before idling");
3259 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
3260     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
3261 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, trysteal_limit, CTLFLAG_RW, &trysteal_limit,
3262     0, "Topological distance limit for stealing threads in sched_switch()");
3263 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, always_steal, CTLFLAG_RW, &always_steal, 0,
3264     "Always run the stealer from the idle thread");
3265 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
3266     CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
3267     "XML dump of detected CPU topology");
3268 #endif
3269
3270 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
3271 static int ccpu = 0;
3272 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0,
3273     "Decay factor used for updating %CPU in 4BSD scheduler");