]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
src.conf.5: Regen after removing MK_NVME
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause
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 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_sched.h"
43
44 #include <sys/param.h>
45 #include <sys/systm.h>
46 #include <sys/kdb.h>
47 #include <sys/kernel.h>
48 #include <sys/ktr.h>
49 #include <sys/limits.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtxvar.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int __read_mostly               dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #define KTR_ULE 0
81
82 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
83 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
84 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
85
86 /*
87  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
88  * by the thread lock.
89  */
90 struct td_sched {       
91         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
92         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
93         int             ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
94         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
95         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
96         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
97         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
98         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
99         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
100         int             ts_ticks;       /* Tick count */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105 /* flags kept in ts_flags */
106 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
107 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
108
109 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
110 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
111     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
112
113 _Static_assert(sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched) <=
114     sizeof(struct thread0_storage),
115     "increase struct thread0_storage.t0st_sched size");
116
117 /*
118  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
119  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
120  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
121  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
122  * ranges supporting nice values.
123  */
124 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
125 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
126 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
127
128 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
129 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
130 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
131 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
132
133 /*
134  * Cpu percentage computation macros and defines.
135  *
136  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
137  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
138  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
139  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
140  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
141  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
142  */
143 #define SCHED_TICK_SECS         10
144 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
145 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
146 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
147 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
148 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
149
150 /*
151  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
152  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
153  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
154  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
155  * or positive nice respectively.
156  *
157  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
158  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
159  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
160  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
161  */
162 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
163 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
164 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
165 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
166 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
167 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
168     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
169     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
170 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
171
172 /*
173  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
174  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
175  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
176  * models the intent of the thread.
177  *
178  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
179  *              before throttling back.
180  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
181  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
182  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
183  */
184 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
185 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
186 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
187 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
188 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
189
190 /*
191  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
192  */
193 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
194 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
195
196 /* Flags kept in td_flags. */
197 #define TDF_PICKCPU     TDF_SCHED0      /* Thread should pick new CPU. */
198 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
199
200 /*
201  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
202  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
203  *                      due to rounding would be unacceptably high.
204  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
205  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
206  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
207  */
208 static u_int __read_mostly sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
209 static int __read_mostly tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
210 static int __read_mostly realstathz = 127;      /* reset during boot. */
211 static int __read_mostly sched_slice = 10;      /* reset during boot. */
212 static int __read_mostly sched_slice_min = 1;   /* reset during boot. */
213 #ifdef PREEMPTION
214 #ifdef FULL_PREEMPTION
215 static int __read_mostly preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
216 #else
217 static int __read_mostly preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
218 #endif
219 #else 
220 static int __read_mostly preempt_thresh = 0;
221 #endif
222 static int __read_mostly static_boost = PRI_MIN_BATCH;
223 static int __read_mostly sched_idlespins = 10000;
224 static int __read_mostly sched_idlespinthresh = -1;
225
226 /*
227  * tdq - per processor runqs and statistics.  A mutex synchronizes access to
228  * most fields.  Some fields are loaded or modified without the mutex.
229  *
230  * Locking protocols:
231  * (c)  constant after initialization
232  * (f)  flag, set with the tdq lock held, cleared on local CPU
233  * (l)  all accesses are CPU-local
234  * (ls) stores are performed by the local CPU, loads may be lockless
235  * (t)  all accesses are protected by the tdq mutex
236  * (ts) stores are serialized by the tdq mutex, loads may be lockless
237  */
238 struct tdq {
239         /* 
240          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
241          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
242          * tdq_cpu_idle.
243          */
244         struct mtx_padalign tdq_lock;   /* run queue lock. */
245         struct cpu_group *tdq_cg;       /* (c) Pointer to cpu topology. */
246         struct thread   *tdq_curthread; /* (t) Current executing thread. */
247         int             tdq_load;       /* (ts) Aggregate load. */
248         int             tdq_sysload;    /* (ts) For loadavg, !ITHD load. */
249         int             tdq_cpu_idle;   /* (ls) cpu_idle() is active. */
250         int             tdq_transferable; /* (ts) Transferable thread count. */
251         short           tdq_switchcnt;  /* (l) Switches this tick. */
252         short           tdq_oldswitchcnt; /* (l) Switches last tick. */
253         u_char          tdq_lowpri;     /* (ts) Lowest priority thread. */
254         u_char          tdq_owepreempt; /* (f) Remote preemption pending. */
255         u_char          tdq_idx;        /* (t) Current insert index. */
256         u_char          tdq_ridx;       /* (t) Current removal index. */
257         int             tdq_id;         /* (c) cpuid. */
258         struct runq     tdq_realtime;   /* (t) real-time run queue. */
259         struct runq     tdq_timeshare;  /* (t) timeshare run queue. */
260         struct runq     tdq_idle;       /* (t) Queue of IDLE threads. */
261         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
262 #ifdef KTR
263         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
264 #endif
265 };
266
267 /* Idle thread states and config. */
268 #define TDQ_RUNNING     1
269 #define TDQ_IDLE        2
270
271 /* Lockless accessors. */
272 #define TDQ_LOAD(tdq)           atomic_load_int(&(tdq)->tdq_load)
273 #define TDQ_TRANSFERABLE(tdq)   atomic_load_int(&(tdq)->tdq_transferable)
274 #define TDQ_SWITCHCNT(tdq)      (atomic_load_short(&(tdq)->tdq_switchcnt) + \
275                                  atomic_load_short(&(tdq)->tdq_oldswitchcnt))
276 #define TDQ_SWITCHCNT_INC(tdq)  (atomic_store_short(&(tdq)->tdq_switchcnt, \
277                                  atomic_load_short(&(tdq)->tdq_switchcnt) + 1))
278
279 #ifdef SMP
280 struct cpu_group __read_mostly *cpu_top;                /* CPU topology */
281
282 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
283 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
284
285 /*
286  * Run-time tunables.
287  */
288 static int rebalance = 1;
289 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
290 static int __read_mostly affinity;
291 static int __read_mostly steal_idle = 1;
292 static int __read_mostly steal_thresh = 2;
293 static int __read_mostly always_steal = 0;
294 static int __read_mostly trysteal_limit = 2;
295
296 /*
297  * One thread queue per processor.
298  */
299 static struct tdq __read_mostly *balance_tdq;
300 static int balance_ticks;
301 DPCPU_DEFINE_STATIC(struct tdq, tdq);
302 DPCPU_DEFINE_STATIC(uint32_t, randomval);
303
304 #define TDQ_SELF()      ((struct tdq *)PCPU_GET(sched))
305 #define TDQ_CPU(x)      (DPCPU_ID_PTR((x), tdq))
306 #define TDQ_ID(x)       ((x)->tdq_id)
307 #else   /* !SMP */
308 static struct tdq       tdq_cpu;
309
310 #define TDQ_ID(x)       (0)
311 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
312 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
313 #endif
314
315 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
316 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
317 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
318 #define TDQ_TRYLOCK(t)          mtx_trylock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
319 #define TDQ_TRYLOCK_FLAGS(t, f) mtx_trylock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
320 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
321 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
322
323 static void sched_setpreempt(int);
324 static void sched_priority(struct thread *);
325 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
326 static int sched_interact_score(struct thread *);
327 static void sched_interact_update(struct thread *);
328 static void sched_interact_fork(struct thread *);
329 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
330
331 /* Operations on per processor queues */
332 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
333 static void tdq_setup(struct tdq *, int i);
334 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
335 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
336 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
337 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
338 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
339 static void tdq_print(int cpu);
340 static void runq_print(struct runq *rq);
341 static int tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
342 #ifdef SMP
343 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
344 static int tdq_idled(struct tdq *);
345 static void tdq_notify(struct tdq *, int lowpri);
346 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
347 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
348 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
349 static void sched_balance(void);
350 static bool sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
351 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
352 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
353 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
354 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
355     struct cpu_group *cg, int indent);
356 #endif
357
358 static void sched_setup(void *dummy);
359 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
360
361 static void sched_initticks(void *dummy);
362 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
363     NULL);
364
365 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
366
367 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
368     "struct proc *", "uint8_t");
369 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
370     "struct proc *", "void *");
371 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
372     "struct proc *", "void *", "int");
373 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
374     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
375 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
376 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
377     "struct proc *");
378 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
379 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
380 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
381     "struct proc *");
382
383 /*
384  * Print the threads waiting on a run-queue.
385  */
386 static void
387 runq_print(struct runq *rq)
388 {
389         struct rqhead *rqh;
390         struct thread *td;
391         int pri;
392         int j;
393         int i;
394
395         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
396                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
397                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
398                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
399                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
400                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
401                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
402                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
403                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
404                                             td, td->td_name, td->td_priority,
405                                             td->td_rqindex, pri);
406                                 }
407                         }
408         }
409 }
410
411 /*
412  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
413  */
414 static void __unused
415 tdq_print(int cpu)
416 {
417         struct tdq *tdq;
418
419         tdq = TDQ_CPU(cpu);
420
421         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
422         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
423         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
424         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
425         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
426         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
427         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
428         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
429         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
430         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
431         printf("\trealtime runq:\n");
432         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
433         printf("\ttimeshare runq:\n");
434         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
435         printf("\tidle runq:\n");
436         runq_print(&tdq->tdq_idle);
437 }
438
439 static inline int
440 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
441 {
442         /*
443          * If the new priority is not better than the current priority there is
444          * nothing to do.
445          */
446         if (pri >= cpri)
447                 return (0);
448         /*
449          * Always preempt idle.
450          */
451         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
452                 return (1);
453         /*
454          * If preemption is disabled don't preempt others.
455          */
456         if (preempt_thresh == 0)
457                 return (0);
458         /*
459          * Preempt if we exceed the threshold.
460          */
461         if (pri <= preempt_thresh)
462                 return (1);
463         /*
464          * If we're interactive or better and there is non-interactive
465          * or worse running preempt only remote processors.
466          */
467         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
468                 return (1);
469         return (0);
470 }
471
472 /*
473  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
474  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
475  * queue position for timeshare threads.
476  */
477 static __inline void
478 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
479 {
480         struct td_sched *ts;
481         u_char pri;
482
483         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
484         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
485
486         pri = td->td_priority;
487         ts = td_get_sched(td);
488         TD_SET_RUNQ(td);
489         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
490                 tdq->tdq_transferable++;
491                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
492         }
493         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
494                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
495         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
496                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
497                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
498                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
499                 /*
500                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
501                  * batch.  Use the whole queue to represent these values.
502                  */
503                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
504                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
505                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
506                         /*
507                          * This effectively shortens the queue by one so we
508                          * can have a one slot difference between idx and
509                          * ridx while we wait for threads to drain.
510                          */
511                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
512                             pri == tdq->tdq_ridx)
513                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
514                 } else
515                         pri = tdq->tdq_ridx;
516                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
517                 return;
518         } else
519                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
520         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
521 }
522
523 /* 
524  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
525  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
526  * transferable count does not reflect them.
527  */
528 static __inline void
529 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
530 {
531         struct td_sched *ts;
532
533         ts = td_get_sched(td);
534         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
535         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
536         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
537             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
538         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
539                 tdq->tdq_transferable--;
540                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
541         }
542         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
543                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
544                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
545                 else
546                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
547         } else
548                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
549 }
550
551 /*
552  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
553  * for this thread to the referenced thread queue.
554  */
555 static void
556 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
557 {
558
559         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
560         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
561
562         tdq->tdq_load++;
563         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
564                 tdq->tdq_sysload++;
565         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
566         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
567 }
568
569 /*
570  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
571  * exiting.
572  */
573 static void
574 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
575 {
576
577         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
578         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
579         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
580             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
581
582         tdq->tdq_load--;
583         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
584                 tdq->tdq_sysload--;
585         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
586         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
587 }
588
589 /*
590  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
591  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
592  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
593  * no less than sched_slice_min runtime.
594  */
595 static inline int
596 tdq_slice(struct tdq *tdq)
597 {
598         int load;
599
600         /*
601          * It is safe to use sys_load here because this is called from
602          * contexts where timeshare threads are running and so there
603          * cannot be higher priority load in the system.
604          */
605         load = tdq->tdq_sysload - 1;
606         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
607                 return (sched_slice_min);
608         if (load <= 1)
609                 return (sched_slice);
610         return (sched_slice / load);
611 }
612
613 /*
614  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
615  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
616  */
617 static void
618 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
619 {
620         struct thread *td;
621
622         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
623         if (ctd == NULL)
624                 ctd = tdq->tdq_curthread;
625         td = tdq_choose(tdq);
626         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
627                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
628         else
629                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
630 }
631
632 #ifdef SMP
633 /*
634  * We need some randomness. Implement a classic Linear Congruential
635  * Generator X_{n+1}=(aX_n+c) mod m. These values are optimized for
636  * m = 2^32, a = 69069 and c = 5. We only return the upper 16 bits
637  * of the random state (in the low bits of our answer) to keep
638  * the maximum randomness.
639  */
640 static uint32_t
641 sched_random(void)
642 {
643         uint32_t *rndptr;
644
645         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
646         *rndptr = *rndptr * 69069 + 5;
647
648         return (*rndptr >> 16);
649 }
650
651 struct cpu_search {
652         cpuset_t *cs_mask;      /* The mask of allowed CPUs to choose from. */
653         int     cs_prefer;      /* Prefer this CPU and groups including it. */
654         int     cs_running;     /* The thread is now running at cs_prefer. */
655         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
656         int     cs_load;        /* Max load for low, min load for high. */
657         int     cs_trans;       /* Min transferable load for high. */
658 };
659
660 struct cpu_search_res {
661         int     csr_cpu;        /* The best CPU found. */
662         int     csr_load;       /* The load of cs_cpu. */
663 };
664
665 /*
666  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded CPU.
667  * These routines actually compare the load on all paths through the tree
668  * and find the least loaded cpu on the least loaded path, which may differ
669  * from the least loaded cpu in the system.  This balances work among caches
670  * and buses.
671  */
672 static int
673 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, const struct cpu_search *s,
674     struct cpu_search_res *r)
675 {
676         struct cpu_search_res lr;
677         struct tdq *tdq;
678         int c, bload, l, load, p, total;
679
680         total = 0;
681         bload = INT_MAX;
682         r->csr_cpu = -1;
683
684         /* Loop through children CPU groups if there are any. */
685         if (cg->cg_children > 0) {
686                 for (c = cg->cg_children - 1; c >= 0; c--) {
687                         load = cpu_search_lowest(&cg->cg_child[c], s, &lr);
688                         total += load;
689
690                         /*
691                          * When balancing do not prefer SMT groups with load >1.
692                          * It allows round-robin between SMT groups with equal
693                          * load within parent group for more fair scheduling.
694                          */
695                         if (__predict_false(s->cs_running) &&
696                             (cg->cg_child[c].cg_flags & CG_FLAG_THREAD) &&
697                             load >= 128 && (load & 128) != 0)
698                                 load += 128;
699
700                         if (lr.csr_cpu >= 0 && (load < bload ||
701                             (load == bload && lr.csr_load < r->csr_load))) {
702                                 bload = load;
703                                 r->csr_cpu = lr.csr_cpu;
704                                 r->csr_load = lr.csr_load;
705                         }
706                 }
707                 return (total);
708         }
709
710         /* Loop through children CPUs otherwise. */
711         for (c = cg->cg_last; c >= cg->cg_first; c--) {
712                 if (!CPU_ISSET(c, &cg->cg_mask))
713                         continue;
714                 tdq = TDQ_CPU(c);
715                 l = TDQ_LOAD(tdq);
716                 if (c == s->cs_prefer) {
717                         if (__predict_false(s->cs_running))
718                                 l--;
719                         p = 128;
720                 } else
721                         p = 0;
722                 load = l * 256;
723                 total += load - p;
724
725                 /*
726                  * Check this CPU is acceptable.
727                  * If the threads is already on the CPU, don't look on the TDQ
728                  * priority, since it can be the priority of the thread itself.
729                  */
730                 if (l > s->cs_load ||
731                     (atomic_load_char(&tdq->tdq_lowpri) <= s->cs_pri &&
732                      (!s->cs_running || c != s->cs_prefer)) ||
733                     !CPU_ISSET(c, s->cs_mask))
734                         continue;
735
736                 /*
737                  * When balancing do not prefer CPUs with load > 1.
738                  * It allows round-robin between CPUs with equal load
739                  * within the CPU group for more fair scheduling.
740                  */
741                 if (__predict_false(s->cs_running) && l > 0)
742                         p = 0;
743
744                 load -= sched_random() % 128;
745                 if (bload > load - p) {
746                         bload = load - p;
747                         r->csr_cpu = c;
748                         r->csr_load = load;
749                 }
750         }
751         return (total);
752 }
753
754 static int
755 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, const struct cpu_search *s,
756     struct cpu_search_res *r)
757 {
758         struct cpu_search_res lr;
759         struct tdq *tdq;
760         int c, bload, l, load, total;
761
762         total = 0;
763         bload = INT_MIN;
764         r->csr_cpu = -1;
765
766         /* Loop through children CPU groups if there are any. */
767         if (cg->cg_children > 0) {
768                 for (c = cg->cg_children - 1; c >= 0; c--) {
769                         load = cpu_search_highest(&cg->cg_child[c], s, &lr);
770                         total += load;
771                         if (lr.csr_cpu >= 0 && (load > bload ||
772                             (load == bload && lr.csr_load > r->csr_load))) {
773                                 bload = load;
774                                 r->csr_cpu = lr.csr_cpu;
775                                 r->csr_load = lr.csr_load;
776                         }
777                 }
778                 return (total);
779         }
780
781         /* Loop through children CPUs otherwise. */
782         for (c = cg->cg_last; c >= cg->cg_first; c--) {
783                 if (!CPU_ISSET(c, &cg->cg_mask))
784                         continue;
785                 tdq = TDQ_CPU(c);
786                 l = TDQ_LOAD(tdq);
787                 load = l * 256;
788                 total += load;
789
790                 /*
791                  * Check this CPU is acceptable.
792                  */
793                 if (l < s->cs_load || TDQ_TRANSFERABLE(tdq) < s->cs_trans ||
794                     !CPU_ISSET(c, s->cs_mask))
795                         continue;
796
797                 load -= sched_random() % 256;
798                 if (load > bload) {
799                         bload = load;
800                         r->csr_cpu = c;
801                 }
802         }
803         r->csr_load = bload;
804         return (total);
805 }
806
807 /*
808  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
809  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
810  * acceptable.
811  */
812 static inline int
813 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t *mask, int pri, int maxload,
814     int prefer, int running)
815 {
816         struct cpu_search s;
817         struct cpu_search_res r;
818
819         s.cs_prefer = prefer;
820         s.cs_running = running;
821         s.cs_mask = mask;
822         s.cs_pri = pri;
823         s.cs_load = maxload;
824         cpu_search_lowest(cg, &s, &r);
825         return (r.csr_cpu);
826 }
827
828 /*
829  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
830  */
831 static inline int
832 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t *mask, int minload,
833     int mintrans)
834 {
835         struct cpu_search s;
836         struct cpu_search_res r;
837
838         s.cs_mask = mask;
839         s.cs_load = minload;
840         s.cs_trans = mintrans;
841         cpu_search_highest(cg, &s, &r);
842         return (r.csr_cpu);
843 }
844
845 static void
846 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
847 {
848         struct tdq *tdq;
849         struct thread *td;
850         cpuset_t hmask, lmask;
851         int high, low, anylow;
852
853         CPU_FILL(&hmask);
854         for (;;) {
855                 high = sched_highest(cg, &hmask, 1, 0);
856                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
857                 if (high == -1)
858                         break;
859                 CPU_CLR(high, &hmask);
860                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
861                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
862                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
863                         break;
864                 tdq = TDQ_CPU(high);
865                 if (TDQ_LOAD(tdq) == 1) {
866                         /*
867                          * There is only one running thread.  We can't move
868                          * it from here, so tell it to pick new CPU by itself.
869                          */
870                         TDQ_LOCK(tdq);
871                         td = tdq->tdq_curthread;
872                         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq) &&
873                             (td->td_flags & TDF_IDLETD) == 0 &&
874                             THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
875                                 td->td_flags |= TDF_PICKCPU;
876                                 ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
877                                 if (high != curcpu)
878                                         ipi_cpu(high, IPI_AST);
879                         }
880                         TDQ_UNLOCK(tdq);
881                         break;
882                 }
883                 anylow = 1;
884 nextlow:
885                 if (TDQ_TRANSFERABLE(tdq) == 0)
886                         continue;
887                 low = sched_lowest(cg, &lmask, -1, TDQ_LOAD(tdq) - 1, high, 1);
888                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
889                 if (anylow && low == -1)
890                         break;
891                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
892                 if (low == -1)
893                         continue;
894                 /* Transfer thread from high to low. */
895                 if (sched_balance_pair(tdq, TDQ_CPU(low))) {
896                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
897                         CPU_CLR(low, &hmask);
898                 } else {
899                         /*
900                          * If failed, then there is no threads on high
901                          * that can run on this low. Drop low from low
902                          * mask and look for different one.
903                          */
904                         CPU_CLR(low, &lmask);
905                         anylow = 0;
906                         goto nextlow;
907                 }
908         }
909 }
910
911 static void
912 sched_balance(void)
913 {
914         struct tdq *tdq;
915
916         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1) +
917             (sched_random() % balance_interval);
918         tdq = TDQ_SELF();
919         TDQ_UNLOCK(tdq);
920         sched_balance_group(cpu_top);
921         TDQ_LOCK(tdq);
922 }
923
924 /*
925  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
926  */
927 static void
928 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
929 {
930         if (one < two) {
931                 TDQ_LOCK(one);
932                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
933         } else {
934                 TDQ_LOCK(two);
935                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
936         }
937 }
938
939 /*
940  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
941  */
942 static void
943 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
944 {
945         TDQ_UNLOCK(one);
946         TDQ_UNLOCK(two);
947 }
948
949 /*
950  * Transfer load between two imbalanced thread queues.  Returns true if a thread
951  * was moved between the queues, and false otherwise.
952  */
953 static bool
954 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
955 {
956         int cpu, lowpri;
957         bool ret;
958
959         ret = false;
960         tdq_lock_pair(high, low);
961
962         /*
963          * Transfer a thread from high to low.
964          */
965         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load) {
966                 lowpri = tdq_move(high, low);
967                 if (lowpri != -1) {
968                         /*
969                          * In case the target isn't the current CPU notify it of
970                          * the new load, possibly sending an IPI to force it to
971                          * reschedule.  Otherwise maybe schedule a preemption.
972                          */
973                         cpu = TDQ_ID(low);
974                         if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
975                                 tdq_notify(low, lowpri);
976                         else
977                                 sched_setpreempt(low->tdq_lowpri);
978                         ret = true;
979                 }
980         }
981         tdq_unlock_pair(high, low);
982         return (ret);
983 }
984
985 /*
986  * Move a thread from one thread queue to another.  Returns -1 if the source
987  * queue was empty, else returns the maximum priority of all threads in
988  * the destination queue prior to the addition of the new thread.  In the latter
989  * case, this priority can be used to determine whether an IPI needs to be
990  * delivered.
991  */
992 static int
993 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
994 {
995         struct thread *td;
996         int cpu;
997
998         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
999         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
1000
1001         cpu = TDQ_ID(to);
1002         td = tdq_steal(from, cpu);
1003         if (td == NULL)
1004                 return (-1);
1005
1006         /*
1007          * Although the run queue is locked the thread may be
1008          * blocked.  We can not set the lock until it is unblocked.
1009          */
1010         thread_lock_block_wait(td);
1011         sched_rem(td);
1012         THREAD_LOCKPTR_ASSERT(td, TDQ_LOCKPTR(from));
1013         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
1014         td_get_sched(td)->ts_cpu = cpu;
1015         return (tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING));
1016 }
1017
1018 /*
1019  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
1020  * to it.
1021  */
1022 static int
1023 tdq_idled(struct tdq *tdq)
1024 {
1025         struct cpu_group *cg, *parent;
1026         struct tdq *steal;
1027         cpuset_t mask;
1028         int cpu, switchcnt, goup;
1029
1030         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0 || tdq->tdq_cg == NULL)
1031                 return (1);
1032         CPU_FILL(&mask);
1033         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
1034 restart:
1035         switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
1036         for (cg = tdq->tdq_cg, goup = 0; ; ) {
1037                 cpu = sched_highest(cg, &mask, steal_thresh, 1);
1038                 /*
1039                  * We were assigned a thread but not preempted.  Returning
1040                  * 0 here will cause our caller to switch to it.
1041                  */
1042                 if (TDQ_LOAD(tdq))
1043                         return (0);
1044
1045                 /*
1046                  * We found no CPU to steal from in this group.  Escalate to
1047                  * the parent and repeat.  But if parent has only two children
1048                  * groups we can avoid searching this group again by searching
1049                  * the other one specifically and then escalating two levels.
1050                  */
1051                 if (cpu == -1) {
1052                         if (goup) {
1053                                 cg = cg->cg_parent;
1054                                 goup = 0;
1055                         }
1056                         parent = cg->cg_parent;
1057                         if (parent == NULL)
1058                                 return (1);
1059                         if (parent->cg_children == 2) {
1060                                 if (cg == &parent->cg_child[0])
1061                                         cg = &parent->cg_child[1];
1062                                 else
1063                                         cg = &parent->cg_child[0];
1064                                 goup = 1;
1065                         } else
1066                                 cg = parent;
1067                         continue;
1068                 }
1069                 steal = TDQ_CPU(cpu);
1070                 /*
1071                  * The data returned by sched_highest() is stale and
1072                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread.
1073                  *
1074                  * Testing this ahead of tdq_lock_pair() only catches
1075                  * this situation about 20% of the time on an 8 core
1076                  * 16 thread Ryzen 7, but it still helps performance.
1077                  */
1078                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
1079                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0)
1080                         goto restart;
1081                 /*
1082                  * Try to lock both queues. If we are assigned a thread while
1083                  * waited for the lock, switch to it now instead of stealing.
1084                  * If we can't get the lock, then somebody likely got there
1085                  * first so continue searching.
1086                  */
1087                 TDQ_LOCK(tdq);
1088                 if (tdq->tdq_load > 0) {
1089                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1090                         return (0);
1091                 }
1092                 if (TDQ_TRYLOCK_FLAGS(steal, MTX_DUPOK) == 0) {
1093                         TDQ_UNLOCK(tdq);
1094                         CPU_CLR(cpu, &mask);
1095                         continue;
1096                 }
1097                 /*
1098                  * The data returned by sched_highest() is stale and
1099                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread, or
1100                  * we were preempted and the CPU loading info may be out
1101                  * of date.  The latter is rare.  In either case restart
1102                  * the search.
1103                  */
1104                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
1105                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0 ||
1106                     switchcnt != TDQ_SWITCHCNT(tdq)) {
1107                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1108                         goto restart;
1109                 }
1110                 /*
1111                  * Steal the thread and switch to it.
1112                  */
1113                 if (tdq_move(steal, tdq) != -1)
1114                         break;
1115                 /*
1116                  * We failed to acquire a thread even though it looked
1117                  * like one was available.  This could be due to affinity
1118                  * restrictions or for other reasons.  Loop again after
1119                  * removing this CPU from the set.  The restart logic
1120                  * above does not restore this CPU to the set due to the
1121                  * likelyhood of failing here again.
1122                  */
1123                 CPU_CLR(cpu, &mask);
1124                 tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1125         }
1126         TDQ_UNLOCK(steal);
1127         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
1128         return (0);
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1133  *
1134  * "lowpri" is the minimum scheduling priority among all threads on
1135  * the queue prior to the addition of the new thread.
1136  */
1137 static void
1138 tdq_notify(struct tdq *tdq, int lowpri)
1139 {
1140         int cpu;
1141
1142         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1143         KASSERT(tdq->tdq_lowpri <= lowpri,
1144             ("tdq_notify: lowpri %d > tdq_lowpri %d", lowpri, tdq->tdq_lowpri));
1145
1146         if (tdq->tdq_owepreempt)
1147                 return;
1148
1149         /*
1150          * Check to see if the newly added thread should preempt the one
1151          * currently running.
1152          */
1153         if (!sched_shouldpreempt(tdq->tdq_lowpri, lowpri, 1))
1154                 return;
1155
1156         /*
1157          * Make sure that our caller's earlier update to tdq_load is
1158          * globally visible before we read tdq_cpu_idle.  Idle thread
1159          * accesses both of them without locks, and the order is important.
1160          */
1161         atomic_thread_fence_seq_cst();
1162
1163         /*
1164          * Try to figure out if we can signal the idle thread instead of sending
1165          * an IPI.  This check is racy; at worst, we will deliever an IPI
1166          * unnecessarily.
1167          */
1168         cpu = TDQ_ID(tdq);
1169         if (TD_IS_IDLETHREAD(tdq->tdq_curthread) &&
1170             (atomic_load_int(&tdq->tdq_cpu_idle) == 0 || cpu_idle_wakeup(cpu)))
1171                 return;
1172
1173         /*
1174          * The run queues have been updated, so any switch on the remote CPU
1175          * will satisfy the preemption request.
1176          */
1177         tdq->tdq_owepreempt = 1;
1178         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1183  * index.
1184  */
1185 static struct thread *
1186 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1187 {
1188         struct rqbits *rqb;
1189         struct rqhead *rqh;
1190         struct thread *td, *first;
1191         int bit;
1192         int i;
1193
1194         rqb = &rq->rq_status;
1195         bit = start & (RQB_BPW -1);
1196         first = NULL;
1197 again:
1198         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1199                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1200                         continue;
1201                 if (bit == 0)
1202                         bit = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1203                 for (; bit < RQB_BPW; bit++) {
1204                         if ((rqb->rqb_bits[i] & (1ul << bit)) == 0)
1205                                 continue;
1206                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (i << RQB_L2BPW)];
1207                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1208                                 if (first) {
1209                                         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1210                                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1211                                                 return (td);
1212                                 } else
1213                                         first = td;
1214                         }
1215                 }
1216         }
1217         if (start != 0) {
1218                 start = 0;
1219                 goto again;
1220         }
1221
1222         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1223             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1224                 return (first);
1225         return (NULL);
1226 }
1227
1228 /*
1229  * Steals load from a standard linear queue.
1230  */
1231 static struct thread *
1232 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1233 {
1234         struct rqhead *rqh;
1235         struct rqbits *rqb;
1236         struct thread *td;
1237         int word;
1238         int bit;
1239
1240         rqb = &rq->rq_status;
1241         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1242                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1243                         continue;
1244                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1245                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1246                                 continue;
1247                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1248                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1249                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1250                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1251                                         return (td);
1252                 }
1253         }
1254         return (NULL);
1255 }
1256
1257 /*
1258  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1259  */
1260 static struct thread *
1261 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1262 {
1263         struct thread *td;
1264
1265         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1266         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1267                 return (td);
1268         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1269             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1270                 return (td);
1271         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1272 }
1273
1274 /*
1275  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1276  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1277  */
1278 static inline struct tdq *
1279 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1280 {
1281
1282         struct tdq *tdq;
1283         struct mtx *mtx;
1284
1285         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1286         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1287         td_get_sched(td)->ts_cpu = cpu;
1288         /*
1289          * If the lock matches just return the queue.
1290          */
1291         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq)) {
1292                 KASSERT((flags & SRQ_HOLD) == 0,
1293                     ("sched_setcpu: Invalid lock for SRQ_HOLD"));
1294                 return (tdq);
1295         }
1296
1297         /*
1298          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1299          * prevent order reversals with other cpus locks.
1300          */
1301         spinlock_enter();
1302         mtx = thread_lock_block(td);
1303         if ((flags & SRQ_HOLD) == 0)
1304                 mtx_unlock_spin(mtx);
1305         TDQ_LOCK(tdq);
1306         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1307         spinlock_exit();
1308         return (tdq);
1309 }
1310
1311 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1312 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1313 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1314 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1315 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1316 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1317
1318 static int
1319 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1320 {
1321         struct cpu_group *cg, *ccg;
1322         struct td_sched *ts;
1323         struct tdq *tdq;
1324         cpuset_t *mask;
1325         int cpu, pri, r, self, intr;
1326
1327         self = PCPU_GET(cpuid);
1328         ts = td_get_sched(td);
1329         KASSERT(!CPU_ABSENT(ts->ts_cpu), ("sched_pickcpu: Start scheduler on "
1330             "absent CPU %d for thread %s.", ts->ts_cpu, td->td_name));
1331         if (smp_started == 0)
1332                 return (self);
1333         /*
1334          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1335          */
1336         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1337                 return (ts->ts_cpu);
1338         /*
1339          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1340          * the interrupt.
1341          */
1342         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1343             curthread->td_intr_nesting_level) {
1344                 tdq = TDQ_SELF();
1345                 if (tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE) {
1346                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1347                         return (self);
1348                 }
1349                 ts->ts_cpu = self;
1350                 intr = 1;
1351                 cg = tdq->tdq_cg;
1352                 goto llc;
1353         } else {
1354                 intr = 0;
1355                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1356                 cg = tdq->tdq_cg;
1357         }
1358         /*
1359          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1360          * expired and it is idle, run it there.
1361          */
1362         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1363             atomic_load_char(&tdq->tdq_lowpri) >= PRI_MIN_IDLE &&
1364             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1365                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1366                         /* Check all SMT threads for being idle. */
1367                         for (cpu = cg->cg_first; cpu <= cg->cg_last; cpu++) {
1368                                 pri =
1369                                     atomic_load_char(&TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri);
1370                                 if (CPU_ISSET(cpu, &cg->cg_mask) &&
1371                                     pri < PRI_MIN_IDLE)
1372                                         break;
1373                         }
1374                         if (cpu > cg->cg_last) {
1375                                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1376                                 return (ts->ts_cpu);
1377                         }
1378                 } else {
1379                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1380                         return (ts->ts_cpu);
1381                 }
1382         }
1383 llc:
1384         /*
1385          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1386          * Skip SMT, identical groups and caches with expired affinity.
1387          * Interrupt threads affinity is explicit and never expires.
1388          */
1389         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1390                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1391                         continue;
1392                 if (cg->cg_children == 1 || cg->cg_count == 1)
1393                         continue;
1394                 if (cg->cg_level == CG_SHARE_NONE ||
1395                     (!intr && !SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level)))
1396                         continue;
1397                 ccg = cg;
1398         }
1399         /* Found LLC shared by all CPUs, so do a global search. */
1400         if (ccg == cpu_top)
1401                 ccg = NULL;
1402         cpu = -1;
1403         mask = &td->td_cpuset->cs_mask;
1404         pri = td->td_priority;
1405         r = TD_IS_RUNNING(td);
1406         /*
1407          * Try hard to keep interrupts within found LLC.  Search the LLC for
1408          * the least loaded CPU we can run now.  For NUMA systems it should
1409          * be within target domain, and it also reduces scheduling overhead.
1410          */
1411         if (ccg != NULL && intr) {
1412                 cpu = sched_lowest(ccg, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1413                 if (cpu >= 0)
1414                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1415         } else
1416         /* Search the LLC for the least loaded idle CPU we can run now. */
1417         if (ccg != NULL) {
1418                 cpu = sched_lowest(ccg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1419                     INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1420                 if (cpu >= 0)
1421                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1422         }
1423         /* Search globally for the least loaded CPU we can run now. */
1424         if (cpu < 0) {
1425                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1426                 if (cpu >= 0)
1427                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1428         }
1429         /* Search globally for the least loaded CPU. */
1430         if (cpu < 0) {
1431                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu, r);
1432                 if (cpu >= 0)
1433                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1434         }
1435         KASSERT(cpu >= 0, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1436         KASSERT(!CPU_ABSENT(cpu), ("sched_pickcpu: Picked absent CPU %d.", cpu));
1437         /*
1438          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1439          */
1440         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1441         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_SELF()->tdq_lowpri > pri &&
1442             atomic_load_char(&tdq->tdq_lowpri) < PRI_MIN_IDLE &&
1443             TDQ_LOAD(TDQ_SELF()) <= TDQ_LOAD(tdq) + 1) {
1444                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1445                 cpu = self;
1446         }
1447         if (cpu != ts->ts_cpu)
1448                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1449         return (cpu);
1450 }
1451 #endif
1452
1453 /*
1454  * Pick the highest priority task we have and return it.
1455  */
1456 static struct thread *
1457 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1458 {
1459         struct thread *td;
1460
1461         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1462         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1463         if (td != NULL)
1464                 return (td);
1465         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1466         if (td != NULL) {
1467                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1468                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1469                     td->td_priority));
1470                 return (td);
1471         }
1472         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1473         if (td != NULL) {
1474                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1475                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1476                     td->td_priority));
1477                 return (td);
1478         }
1479
1480         return (NULL);
1481 }
1482
1483 /*
1484  * Initialize a thread queue.
1485  */
1486 static void
1487 tdq_setup(struct tdq *tdq, int id)
1488 {
1489
1490         if (bootverbose)
1491                 printf("ULE: setup cpu %d\n", id);
1492         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1493         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1494         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1495         tdq->tdq_id = id;
1496         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1497             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1498         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock", MTX_SPIN);
1499 #ifdef KTR
1500         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1501             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1502 #endif
1503 }
1504
1505 #ifdef SMP
1506 static void
1507 sched_setup_smp(void)
1508 {
1509         struct tdq *tdq;
1510         int i;
1511
1512         cpu_top = smp_topo();
1513         CPU_FOREACH(i) {
1514                 tdq = DPCPU_ID_PTR(i, tdq);
1515                 tdq_setup(tdq, i);
1516                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1517                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1518                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1519                 DPCPU_ID_SET(i, randomval, i * 69069 + 5);
1520         }
1521         PCPU_SET(sched, DPCPU_PTR(tdq));
1522         balance_tdq = TDQ_SELF();
1523 }
1524 #endif
1525
1526 /*
1527  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1528  * information.
1529  */
1530 static void
1531 sched_setup(void *dummy)
1532 {
1533         struct tdq *tdq;
1534
1535 #ifdef SMP
1536         sched_setup_smp();
1537 #else
1538         tdq_setup(TDQ_SELF(), 0);
1539 #endif
1540         tdq = TDQ_SELF();
1541
1542         /* Add thread0's load since it's running. */
1543         TDQ_LOCK(tdq);
1544         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
1545         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1546         tdq->tdq_curthread = &thread0;
1547         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1548         TDQ_UNLOCK(tdq);
1549 }
1550
1551 /*
1552  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1553  */
1554 /* ARGSUSED */
1555 static void
1556 sched_initticks(void *dummy)
1557 {
1558         int incr;
1559
1560         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1561         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1562         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1563         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1564             realstathz);
1565
1566         /*
1567          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1568          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1569          */
1570         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1571         /*
1572          * This does not work for values of stathz that are more than
1573          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1574          */
1575         if (incr == 0)
1576                 incr = 1;
1577         tickincr = incr;
1578 #ifdef SMP
1579         /*
1580          * Set the default balance interval now that we know
1581          * what realstathz is.
1582          */
1583         balance_interval = realstathz;
1584         balance_ticks = balance_interval;
1585         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1586 #endif
1587         if (sched_idlespinthresh < 0)
1588                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1589 }
1590
1591 /*
1592  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1593  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1594  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1595  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1596  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1597  *
1598  * When a thread's sleep time is greater than its run time the
1599  * calculation is:
1600  *
1601  *                           scaling factor
1602  * interactivity score =  ---------------------
1603  *                        sleep time / run time
1604  *
1605  *
1606  * When a thread's run time is greater than its sleep time the
1607  * calculation is:
1608  *
1609  *                                                 scaling factor
1610  * interactivity score = 2 * scaling factor  -  ---------------------
1611  *                                              run time / sleep time
1612  */
1613 static int
1614 sched_interact_score(struct thread *td)
1615 {
1616         struct td_sched *ts;
1617         int div;
1618
1619         ts = td_get_sched(td);
1620         /*
1621          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1622          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1623          * no chance.
1624          */
1625         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1626                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1627                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1628
1629         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1630                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1631                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1632                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1633         }
1634         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1635                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1636                 return (ts->ts_runtime / div);
1637         }
1638         /* runtime == slptime */
1639         if (ts->ts_runtime)
1640                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1641
1642         /*
1643          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1644          */
1645         return (0);
1646
1647 }
1648
1649 /*
1650  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1651  * process.
1652  */
1653 static void
1654 sched_priority(struct thread *td)
1655 {
1656         u_int pri, score;
1657
1658         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1659                 return;
1660         /*
1661          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1662          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1663          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1664          *
1665          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1666          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1667          * utilization and the rest is decided by nice value.
1668          *
1669          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1670          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1671          * considered interactive.
1672          */
1673         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1674         if (score < sched_interact) {
1675                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1676                 pri += (PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) * score /
1677                     sched_interact;
1678                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1679                     ("sched_priority: invalid interactive priority %u score %u",
1680                     pri, score));
1681         } else {
1682                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1683                 if (td_get_sched(td)->ts_ticks)
1684                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td_get_sched(td)),
1685                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1686                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1687                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1688                     ("sched_priority: invalid priority %u: nice %d, "
1689                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1690                     pri, td->td_proc->p_nice, td_get_sched(td)->ts_ticks,
1691                     td_get_sched(td)->ts_ftick, td_get_sched(td)->ts_ltick,
1692                     SCHED_PRI_TICKS(td_get_sched(td))));
1693         }
1694         sched_user_prio(td, pri);
1695
1696         return;
1697 }
1698
1699 /*
1700  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1701  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1702  * function is ugly due to integer math.
1703  */
1704 static void
1705 sched_interact_update(struct thread *td)
1706 {
1707         struct td_sched *ts;
1708         u_int sum;
1709
1710         ts = td_get_sched(td);
1711         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1712         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1713                 return;
1714         /*
1715          * This only happens from two places:
1716          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1717          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1718          */
1719         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1720                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1721                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1722                         ts->ts_slptime = 1;
1723                 } else {
1724                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1725                         ts->ts_runtime = 1;
1726                 }
1727                 return;
1728         }
1729         /*
1730          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1731          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1732          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1733          */
1734         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1735                 ts->ts_runtime /= 2;
1736                 ts->ts_slptime /= 2;
1737                 return;
1738         }
1739         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1740         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1741 }
1742
1743 /*
1744  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1745  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1746  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1747  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1748  */
1749 static void
1750 sched_interact_fork(struct thread *td)
1751 {
1752         struct td_sched *ts;
1753         int ratio;
1754         int sum;
1755
1756         ts = td_get_sched(td);
1757         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1758         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1759                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1760                 ts->ts_runtime /= ratio;
1761                 ts->ts_slptime /= ratio;
1762         }
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1767  */
1768 void
1769 schedinit(void)
1770 {
1771         struct td_sched *ts0;
1772
1773         /*
1774          * Set up the scheduler specific parts of thread0.
1775          */
1776         ts0 = td_get_sched(&thread0);
1777         ts0->ts_ltick = ticks;
1778         ts0->ts_ftick = ticks;
1779         ts0->ts_slice = 0;
1780         ts0->ts_cpu = curcpu;   /* set valid CPU number */
1781 }
1782
1783 /*
1784  * schedinit_ap() is needed prior to calling sched_throw(NULL) to ensure that
1785  * the pcpu requirements are met for any calls in the period between curthread
1786  * initialization and sched_throw().  One can safely add threads to the queue
1787  * before sched_throw(), for instance, as long as the thread lock is setup
1788  * correctly.
1789  *
1790  * TDQ_SELF() relies on the below sched pcpu setting; it may be used only
1791  * after schedinit_ap().
1792  */
1793 void
1794 schedinit_ap(void)
1795 {
1796
1797 #ifdef SMP
1798         PCPU_SET(sched, DPCPU_PTR(tdq));
1799 #endif
1800         PCPU_GET(idlethread)->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1801 }
1802
1803 /*
1804  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1805  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1806  * at most sched_slice stathz ticks.
1807  */
1808 int
1809 sched_rr_interval(void)
1810 {
1811
1812         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1813         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1814 }
1815
1816 /*
1817  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1818  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1819  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1820  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1821  */
1822 static void
1823 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1824 {
1825         int t = ticks;
1826
1827         /*
1828          * The signed difference may be negative if the thread hasn't run for
1829          * over half of the ticks rollover period.
1830          */
1831         if ((u_int)(t - ts->ts_ltick) >= SCHED_TICK_TARG) {
1832                 ts->ts_ticks = 0;
1833                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1834         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1835                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1836                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1837                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1838         }
1839         if (run)
1840                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1841         ts->ts_ltick = t;
1842 }
1843
1844 /*
1845  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1846  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1847  * functions.
1848  */
1849 static void
1850 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1851 {
1852         struct tdq *tdq;
1853         int oldpri;
1854
1855         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1856             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1857             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1858         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1859         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1860                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1861                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1862                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1863                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1864                     curthread);
1865         } 
1866         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1867         if (td->td_priority == prio)
1868                 return;
1869         /*
1870          * If the priority has been elevated due to priority
1871          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1872          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1873          * cases.
1874          */
1875         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1876                 sched_rem(td);
1877                 td->td_priority = prio;
1878                 sched_add(td, SRQ_BORROWING | SRQ_HOLDTD);
1879                 return;
1880         }
1881         /*
1882          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1883          * information so other cpus are aware of our current priority.
1884          */
1885         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1886                 tdq = TDQ_CPU(td_get_sched(td)->ts_cpu);
1887                 oldpri = td->td_priority;
1888                 td->td_priority = prio;
1889                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1890                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1891                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1892                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1893                 return;
1894         }
1895         td->td_priority = prio;
1896 }
1897
1898 /*
1899  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1900  * priority.
1901  */
1902 void
1903 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1904 {
1905
1906         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1907         sched_thread_priority(td, prio);
1908 }
1909
1910 /*
1911  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1912  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1913  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1914  * requests.  If the thread's regular priority is less
1915  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1916  * of prio.
1917  */
1918 void
1919 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1920 {
1921         u_char base_pri;
1922
1923         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1924             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1925                 base_pri = td->td_user_pri;
1926         else
1927                 base_pri = td->td_base_pri;
1928         if (prio >= base_pri) {
1929                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1930                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1931         } else
1932                 sched_lend_prio(td, prio);
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1937  */
1938 void
1939 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1940 {
1941         u_char oldprio;
1942
1943         /* First, update the base priority. */
1944         td->td_base_pri = prio;
1945
1946         /*
1947          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1948          * ever lower the priority.
1949          */
1950         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1951                 return;
1952
1953         /* Change the real priority. */
1954         oldprio = td->td_priority;
1955         sched_thread_priority(td, prio);
1956
1957         /*
1958          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1959          * its state.
1960          */
1961         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1962                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1963 }
1964
1965 /*
1966  * Set the base interrupt thread priority.
1967  */
1968 void
1969 sched_ithread_prio(struct thread *td, u_char prio)
1970 {
1971         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1972         MPASS(td->td_pri_class == PRI_ITHD);
1973         td->td_base_ithread_pri = prio;
1974         sched_prio(td, prio);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1979  */
1980 void
1981 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1982 {
1983
1984         td->td_base_user_pri = prio;
1985         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1986                 return;
1987         td->td_user_pri = prio;
1988 }
1989
1990 void
1991 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1992 {
1993
1994         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1995         td->td_lend_user_pri = prio;
1996         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1997         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1998                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1999         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
2000                 ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Like the above but first check if there is anything to do.
2005  */
2006 void
2007 sched_lend_user_prio_cond(struct thread *td, u_char prio)
2008 {
2009
2010         if (td->td_lend_user_pri == prio)
2011                 return;
2012
2013         thread_lock(td);
2014         sched_lend_user_prio(td, prio);
2015         thread_unlock(td);
2016 }
2017
2018 #ifdef SMP
2019 /*
2020  * This tdq is about to idle.  Try to steal a thread from another CPU before
2021  * choosing the idle thread.
2022  */
2023 static void
2024 tdq_trysteal(struct tdq *tdq)
2025 {
2026         struct cpu_group *cg, *parent;
2027         struct tdq *steal;
2028         cpuset_t mask;
2029         int cpu, i, goup;
2030
2031         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0 || trysteal_limit == 0 ||
2032             tdq->tdq_cg == NULL)
2033                 return;
2034         CPU_FILL(&mask);
2035         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
2036         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
2037         spinlock_enter();
2038         TDQ_UNLOCK(tdq);
2039         for (i = 1, cg = tdq->tdq_cg, goup = 0; ; ) {
2040                 cpu = sched_highest(cg, &mask, steal_thresh, 1);
2041                 /*
2042                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
2043                  * steal one here.
2044                  */
2045                 if (TDQ_LOAD(tdq) > 0) {
2046                         TDQ_LOCK(tdq);
2047                         break;
2048                 }
2049
2050                 /*
2051                  * We found no CPU to steal from in this group.  Escalate to
2052                  * the parent and repeat.  But if parent has only two children
2053                  * groups we can avoid searching this group again by searching
2054                  * the other one specifically and then escalating two levels.
2055                  */
2056                 if (cpu == -1) {
2057                         if (goup) {
2058                                 cg = cg->cg_parent;
2059                                 goup = 0;
2060                         }
2061                         if (++i > trysteal_limit) {
2062                                 TDQ_LOCK(tdq);
2063                                 break;
2064                         }
2065                         parent = cg->cg_parent;
2066                         if (parent == NULL) {
2067                                 TDQ_LOCK(tdq);
2068                                 break;
2069                         }
2070                         if (parent->cg_children == 2) {
2071                                 if (cg == &parent->cg_child[0])
2072                                         cg = &parent->cg_child[1];
2073                                 else
2074                                         cg = &parent->cg_child[0];
2075                                 goup = 1;
2076                         } else
2077                                 cg = parent;
2078                         continue;
2079                 }
2080                 steal = TDQ_CPU(cpu);
2081                 /*
2082                  * The data returned by sched_highest() is stale and
2083                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread.
2084                  * At this point unconditionally exit the loop to bound
2085                  * the time spent in the critcal section.
2086                  */
2087                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
2088                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0)
2089                         continue;
2090                 /*
2091                  * Try to lock both queues. If we are assigned a thread while
2092                  * waited for the lock, switch to it now instead of stealing.
2093                  * If we can't get the lock, then somebody likely got there
2094                  * first.
2095                  */
2096                 TDQ_LOCK(tdq);
2097                 if (tdq->tdq_load > 0)
2098                         break;
2099                 if (TDQ_TRYLOCK_FLAGS(steal, MTX_DUPOK) == 0)
2100                         break;
2101                 /*
2102                  * The data returned by sched_highest() is stale and
2103                  * the chosen CPU no longer has an eligible thread.
2104                  */
2105                 if (TDQ_LOAD(steal) < steal_thresh ||
2106                     TDQ_TRANSFERABLE(steal) == 0) {
2107                         TDQ_UNLOCK(steal);
2108                         break;
2109                 }
2110                 /*
2111                  * If we fail to acquire one due to affinity restrictions,
2112                  * bail out and let the idle thread to a more complete search
2113                  * outside of a critical section.
2114                  */
2115                 if (tdq_move(steal, tdq) == -1) {
2116                         TDQ_UNLOCK(steal);
2117                         break;
2118                 }
2119                 TDQ_UNLOCK(steal);
2120                 break;
2121         }
2122         spinlock_exit();
2123 }
2124 #endif
2125
2126 /*
2127  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
2128  * cpu binding.
2129  */
2130 static struct mtx *
2131 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2132 {
2133         struct tdq *tdn;
2134 #ifdef SMP
2135         int lowpri;
2136 #endif
2137
2138         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
2139             (td_get_sched(td)->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
2140             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
2141         KASSERT(!CPU_ABSENT(td_get_sched(td)->ts_cpu), ("sched_switch_migrate: "
2142             "thread %s queued on absent CPU %d.", td->td_name,
2143             td_get_sched(td)->ts_cpu));
2144         tdn = TDQ_CPU(td_get_sched(td)->ts_cpu);
2145 #ifdef SMP
2146         tdq_load_rem(tdq, td);
2147         /*
2148          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We have an 
2149          * extra spinlock nesting from sched_switch() which will
2150          * prevent preemption while we're holding neither run-queue lock.
2151          */
2152         TDQ_UNLOCK(tdq);
2153         TDQ_LOCK(tdn);
2154         lowpri = tdq_add(tdn, td, flags);
2155         tdq_notify(tdn, lowpri);
2156         TDQ_UNLOCK(tdn);
2157         TDQ_LOCK(tdq);
2158 #endif
2159         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
2160 }
2161
2162 /*
2163  * thread_lock_unblock() that does not assume td_lock is blocked.
2164  */
2165 static inline void
2166 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
2167 {
2168         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
2169             (uintptr_t)mtx);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
2174  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
2175  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
2176  * be assigned elsewhere via binding.
2177  */
2178 void
2179 sched_switch(struct thread *td, int flags)
2180 {
2181         struct thread *newtd;
2182         struct tdq *tdq;
2183         struct td_sched *ts;
2184         struct mtx *mtx;
2185         int srqflag;
2186         int cpuid, preempted;
2187 #ifdef SMP
2188         int pickcpu;
2189 #endif
2190
2191         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2192
2193         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2194         tdq = TDQ_SELF();
2195         ts = td_get_sched(td);
2196         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2197 #ifdef SMP
2198         pickcpu = (td->td_flags & TDF_PICKCPU) != 0;
2199         if (pickcpu)
2200                 ts->ts_rltick = ticks - affinity * MAX_CACHE_LEVELS;
2201         else
2202                 ts->ts_rltick = ticks;
2203 #endif
2204         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
2205         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
2206             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
2207         td->td_flags &= ~(TDF_PICKCPU | TDF_SLICEEND);
2208         ast_unsched_locked(td, TDA_SCHED);
2209         td->td_owepreempt = 0;
2210         atomic_store_char(&tdq->tdq_owepreempt, 0);
2211         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
2212                 TDQ_SWITCHCNT_INC(tdq);
2213
2214         /*
2215          * Always block the thread lock so we can drop the tdq lock early.
2216          */
2217         mtx = thread_lock_block(td);
2218         spinlock_enter();
2219         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
2220                 MPASS(mtx == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2221                 TD_SET_CAN_RUN(td);
2222         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
2223                 MPASS(mtx == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2224                 srqflag = SRQ_OURSELF | SRQ_YIELDING |
2225                     (preempted ? SRQ_PREEMPTED : 0);
2226 #ifdef SMP
2227                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && (!THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu)
2228                     || pickcpu))
2229                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
2230 #endif
2231                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
2232                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
2233                 else
2234                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
2235         } else {
2236                 /* This thread must be going to sleep. */
2237                 if (mtx != TDQ_LOCKPTR(tdq)) {
2238                         mtx_unlock_spin(mtx);
2239                         TDQ_LOCK(tdq);
2240                 }
2241                 tdq_load_rem(tdq, td);
2242 #ifdef SMP
2243                 if (tdq->tdq_load == 0)
2244                         tdq_trysteal(tdq);
2245 #endif
2246         }
2247
2248 #if (KTR_COMPILE & KTR_SCHED) != 0
2249         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2250                 KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "idle",
2251                     "prio:%d", td->td_priority);
2252         else
2253                 KTR_STATE3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), KTDSTATE(td),
2254                     "prio:%d", td->td_priority, "wmesg:\"%s\"", td->td_wmesg,
2255                     "lockname:\"%s\"", td->td_lockname);
2256 #endif
2257
2258         /*
2259          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
2260          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
2261          * thread-queue locked.
2262          */
2263         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2264         MPASS(td == tdq->tdq_curthread);
2265         newtd = choosethread();
2266         sched_pctcpu_update(td_get_sched(newtd), 0);
2267         TDQ_UNLOCK(tdq);
2268
2269         /*
2270          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
2271          */
2272         if (td != newtd) {
2273 #ifdef  HWPMC_HOOKS
2274                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
2275                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
2276 #endif
2277                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
2278
2279 #ifdef KDTRACE_HOOKS
2280                 /*
2281                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
2282                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
2283                  * function to call.
2284                  */
2285                 if (dtrace_vtime_active)
2286                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
2287 #endif
2288                 td->td_oncpu = NOCPU;
2289                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
2290                 cpuid = td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
2291
2292                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
2293 #ifdef  HWPMC_HOOKS
2294                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
2295                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
2296 #endif
2297         } else {
2298                 thread_unblock_switch(td, mtx);
2299                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
2300         }
2301         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1,
2302             ("invalid count %d", curthread->td_md.md_spinlock_count));
2303
2304         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
2305             "prio:%d", td->td_priority);
2306 }
2307
2308 /*
2309  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
2310  */
2311 void
2312 sched_nice(struct proc *p, int nice)
2313 {
2314         struct thread *td;
2315
2316         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2317
2318         p->p_nice = nice;
2319         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
2320                 thread_lock(td);
2321                 sched_priority(td);
2322                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
2323                 thread_unlock(td);
2324         }
2325 }
2326
2327 /*
2328  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
2329  */
2330 void
2331 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
2332 {
2333
2334         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2335
2336         td->td_slptick = ticks;
2337         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
2338                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
2339         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
2340                 return;
2341         if (static_boost == 1 && prio)
2342                 sched_prio(td, prio);
2343         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
2344                 sched_prio(td, static_boost);
2345 }
2346
2347 /*
2348  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2349  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2350  *
2351  * Requires the thread lock on entry, drops on exit.
2352  */
2353 void
2354 sched_wakeup(struct thread *td, int srqflags)
2355 {
2356         struct td_sched *ts;
2357         int slptick;
2358
2359         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2360         ts = td_get_sched(td);
2361         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2362
2363         /*
2364          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2365          * priority.
2366          */
2367         slptick = td->td_slptick;
2368         td->td_slptick = 0;
2369         if (slptick && slptick != ticks) {
2370                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2371                 sched_interact_update(td);
2372                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2373         }
2374
2375         /*
2376          * When resuming an idle ithread, restore its base ithread
2377          * priority.
2378          */
2379         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD &&
2380             td->td_priority != td->td_base_ithread_pri)
2381                 sched_prio(td, td->td_base_ithread_pri);
2382
2383         /*
2384          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2385          */
2386         ts->ts_slice = 0;
2387         sched_add(td, SRQ_BORING | srqflags);
2388 }
2389
2390 /*
2391  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2392  * priority.
2393  */
2394 void
2395 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2396 {
2397         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2398         sched_pctcpu_update(td_get_sched(td), 1);
2399         sched_fork_thread(td, child);
2400         /*
2401          * Penalize the parent and child for forking.
2402          */
2403         sched_interact_fork(child);
2404         sched_priority(child);
2405         td_get_sched(td)->ts_runtime += tickincr;
2406         sched_interact_update(td);
2407         sched_priority(td);
2408 }
2409
2410 /*
2411  * Fork a new thread, may be within the same process.
2412  */
2413 void
2414 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2415 {
2416         struct td_sched *ts;
2417         struct td_sched *ts2;
2418         struct tdq *tdq;
2419
2420         tdq = TDQ_SELF();
2421         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2422         /*
2423          * Initialize child.
2424          */
2425         ts = td_get_sched(td);
2426         ts2 = td_get_sched(child);
2427         child->td_oncpu = NOCPU;
2428         child->td_lastcpu = NOCPU;
2429         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2430         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2431         child->td_domain.dr_policy = td->td_cpuset->cs_domain;
2432         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2433         ts2->ts_flags = 0;
2434         /*
2435          * Grab our parents cpu estimation information.
2436          */
2437         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2438         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2439         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2440         /*
2441          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2442          */
2443         child->td_priority = child->td_base_pri;
2444         /*
2445          * And update interactivity score.
2446          */
2447         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2448         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2449         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2450         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2451 #ifdef KTR
2452         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2453 #endif
2454 }
2455
2456 /*
2457  * Adjust the priority class of a thread.
2458  */
2459 void
2460 sched_class(struct thread *td, int class)
2461 {
2462
2463         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2464         if (td->td_pri_class == class)
2465                 return;
2466         td->td_pri_class = class;
2467 }
2468
2469 /*
2470  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2471  */
2472 void
2473 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2474 {
2475         struct thread *td;
2476
2477         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2478             "prio:%d", child->td_priority);
2479         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2480         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2481         sched_exit_thread(td, child);
2482 }
2483
2484 /*
2485  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2486  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2487  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2488  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2489  */
2490 void
2491 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2492 {
2493
2494         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2495             "prio:%d", child->td_priority);
2496         /*
2497          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2498          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2499          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2500          */
2501         thread_lock(td);
2502         td_get_sched(td)->ts_runtime += td_get_sched(child)->ts_runtime;
2503         sched_interact_update(td);
2504         sched_priority(td);
2505         thread_unlock(td);
2506 }
2507
2508 void
2509 sched_preempt(struct thread *td)
2510 {
2511         struct tdq *tdq;
2512         int flags;
2513
2514         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2515
2516         thread_lock(td);
2517         tdq = TDQ_SELF();
2518         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2519         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2520                 if (td->td_critnest == 1) {
2521                         flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2522                         flags |= TD_IS_IDLETHREAD(td) ? SWT_REMOTEWAKEIDLE :
2523                             SWT_REMOTEPREEMPT;
2524                         mi_switch(flags);
2525                         /* Switch dropped thread lock. */
2526                         return;
2527                 }
2528                 td->td_owepreempt = 1;
2529         } else {
2530                 tdq->tdq_owepreempt = 0;
2531         }
2532         thread_unlock(td);
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2537  * to static priorities in msleep() or similar.
2538  */
2539 void
2540 sched_userret_slowpath(struct thread *td)
2541 {
2542
2543         thread_lock(td);
2544         td->td_priority = td->td_user_pri;
2545         td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2546         tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2547         thread_unlock(td);
2548 }
2549
2550 SCHED_STAT_DEFINE(ithread_demotions, "Interrupt thread priority demotions");
2551 SCHED_STAT_DEFINE(ithread_preemptions,
2552     "Interrupt thread preemptions due to time-sharing");
2553
2554 /*
2555  * Return time slice for a given thread.  For ithreads this is
2556  * sched_slice.  For other threads it is tdq_slice(tdq).
2557  */
2558 static inline int
2559 td_slice(struct thread *td, struct tdq *tdq)
2560 {
2561         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD)
2562                 return (sched_slice);
2563         return (tdq_slice(tdq));
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2568  * and interrupt threads.
2569  */
2570 void
2571 sched_clock(struct thread *td, int cnt)
2572 {
2573         struct tdq *tdq;
2574         struct td_sched *ts;
2575
2576         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2577         tdq = TDQ_SELF();
2578 #ifdef SMP
2579         /*
2580          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2581          */
2582         if (balance_tdq == tdq && smp_started != 0 && rebalance != 0 &&
2583             balance_ticks != 0) {
2584                 balance_ticks -= cnt;
2585                 if (balance_ticks <= 0)
2586                         sched_balance();
2587         }
2588 #endif
2589         /*
2590          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2591          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2592          * If there is some activity seed it to reflect that.
2593          */
2594         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2595         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2596
2597         /*
2598          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2599          * threads get a chance to run.
2600          */
2601         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2602                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2603                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2604                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2605         }
2606         ts = td_get_sched(td);
2607         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2608         if ((td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT) || TD_IS_IDLETHREAD(td))
2609                 return;
2610
2611         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2612                 /*
2613                  * We used a tick; charge it to the thread so
2614                  * that we can compute our interactivity.
2615                  */
2616                 td_get_sched(td)->ts_runtime += tickincr * cnt;
2617                 sched_interact_update(td);
2618                 sched_priority(td);
2619         }
2620
2621         /*
2622          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2623          * time slice (default is 100ms).
2624          */
2625         ts->ts_slice += cnt;
2626         if (ts->ts_slice >= td_slice(td, tdq)) {
2627                 ts->ts_slice = 0;
2628
2629                 /*
2630                  * If an ithread uses a full quantum, demote its
2631                  * priority and preempt it.
2632                  */
2633                 if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_ITHD) {
2634                         SCHED_STAT_INC(ithread_preemptions);
2635                         td->td_owepreempt = 1;
2636                         if (td->td_base_pri + RQ_PPQ < PRI_MAX_ITHD) {
2637                                 SCHED_STAT_INC(ithread_demotions);
2638                                 sched_prio(td, td->td_base_pri + RQ_PPQ);
2639                         }
2640                 } else {
2641                         ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
2642                         td->td_flags |= TDF_SLICEEND;
2643                 }
2644         }
2645 }
2646
2647 u_int
2648 sched_estcpu(struct thread *td __unused)
2649 {
2650
2651         return (0);
2652 }
2653
2654 /*
2655  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2656  * cooperative idle threads.
2657  */
2658 int
2659 sched_runnable(void)
2660 {
2661         struct tdq *tdq;
2662         int load;
2663
2664         load = 1;
2665
2666         tdq = TDQ_SELF();
2667         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2668                 if (TDQ_LOAD(tdq) > 0)
2669                         goto out;
2670         } else
2671                 if (TDQ_LOAD(tdq) - 1 > 0)
2672                         goto out;
2673         load = 0;
2674 out:
2675         return (load);
2676 }
2677
2678 /*
2679  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2680  * the run-queue while running however the load remains.
2681  */
2682 struct thread *
2683 sched_choose(void)
2684 {
2685         struct thread *td;
2686         struct tdq *tdq;
2687
2688         tdq = TDQ_SELF();
2689         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2690         td = tdq_choose(tdq);
2691         if (td != NULL) {
2692                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2693                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2694         } else { 
2695                 tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2696                 td = PCPU_GET(idlethread);
2697         }
2698         tdq->tdq_curthread = td;
2699         return (td);
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Set owepreempt if the currently running thread has lower priority than "pri".
2704  * Preemption never happens directly in ULE, we always request it once we exit a
2705  * critical section.
2706  */
2707 static void
2708 sched_setpreempt(int pri)
2709 {
2710         struct thread *ctd;
2711         int cpri;
2712
2713         ctd = curthread;
2714         THREAD_LOCK_ASSERT(ctd, MA_OWNED);
2715
2716         cpri = ctd->td_priority;
2717         if (pri < cpri)
2718                 ast_sched_locked(ctd, TDA_SCHED);
2719         if (KERNEL_PANICKED() || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2720                 return;
2721         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2722                 return;
2723         ctd->td_owepreempt = 1;
2724 }
2725
2726 /*
2727  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2728  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2729  * predetermined.
2730  */
2731 static int
2732 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2733 {
2734         int lowpri;
2735
2736         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2737         THREAD_LOCK_BLOCKED_ASSERT(td, MA_OWNED);
2738         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2739             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2740         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2741             ("sched_add: bad thread state"));
2742         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2743             ("sched_add: thread swapped out"));
2744
2745         lowpri = tdq->tdq_lowpri;
2746         if (td->td_priority < lowpri)
2747                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2748         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2749         tdq_load_add(tdq, td);
2750         return (lowpri);
2751 }
2752
2753 /*
2754  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2755  * preemption or IPI a remote processor if required.
2756  *
2757  * Requires the thread lock on entry, drops on exit.
2758  */
2759 void
2760 sched_add(struct thread *td, int flags)
2761 {
2762         struct tdq *tdq;
2763 #ifdef SMP
2764         int cpu, lowpri;
2765 #endif
2766
2767         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2768             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2769             sched_tdname(curthread));
2770         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2771             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2772         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2773             flags & SRQ_PREEMPTED);
2774         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2775         /*
2776          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2777          * run-queue.
2778          */
2779         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2780                 sched_priority(td);
2781 #ifdef SMP
2782         /*
2783          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2784          * target cpu.
2785          */
2786         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2787         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2788         lowpri = tdq_add(tdq, td, flags);
2789         if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
2790                 tdq_notify(tdq, lowpri);
2791         else if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2792                 sched_setpreempt(td->td_priority);
2793 #else
2794         tdq = TDQ_SELF();
2795         /*
2796          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2797          * to the scheduler's lock.
2798          */
2799         if (td->td_lock != TDQ_LOCKPTR(tdq)) {
2800                 TDQ_LOCK(tdq);
2801                 if ((flags & SRQ_HOLD) != 0)
2802                         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2803                 else
2804                         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2805         }
2806         (void)tdq_add(tdq, td, flags);
2807         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2808                 sched_setpreempt(td->td_priority);
2809 #endif
2810         if (!(flags & SRQ_HOLDTD))
2811                 thread_unlock(td);
2812 }
2813
2814 /*
2815  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2816  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2817  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2818  */
2819 void
2820 sched_rem(struct thread *td)
2821 {
2822         struct tdq *tdq;
2823
2824         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2825             "prio:%d", td->td_priority);
2826         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2827         tdq = TDQ_CPU(td_get_sched(td)->ts_cpu);
2828         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2829         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2830         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2831             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2832         tdq_runq_rem(tdq, td);
2833         tdq_load_rem(tdq, td);
2834         TD_SET_CAN_RUN(td);
2835         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2836                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2837 }
2838
2839 /*
2840  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2841  */
2842 fixpt_t
2843 sched_pctcpu(struct thread *td)
2844 {
2845         fixpt_t pctcpu;
2846         struct td_sched *ts;
2847
2848         pctcpu = 0;
2849         ts = td_get_sched(td);
2850
2851         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2852         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2853         if (ts->ts_ticks) {
2854                 int rtick;
2855
2856                 /* How many rtick per second ? */
2857                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2858                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2859         }
2860
2861         return (pctcpu);
2862 }
2863
2864 /*
2865  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2866  * cpumask.
2867  */
2868 void
2869 sched_affinity(struct thread *td)
2870 {
2871 #ifdef SMP
2872         struct td_sched *ts;
2873
2874         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2875         ts = td_get_sched(td);
2876         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2877                 return;
2878         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2879                 sched_rem(td);
2880                 sched_add(td, SRQ_BORING | SRQ_HOLDTD);
2881                 return;
2882         }
2883         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2884                 return;
2885         /*
2886          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2887          * target thread is not running locally send an ipi to force
2888          * the issue.
2889          */
2890         ast_sched_locked(td, TDA_SCHED);
2891         if (td != curthread)
2892                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2893 #endif
2894 }
2895
2896 /*
2897  * Bind a thread to a target cpu.
2898  */
2899 void
2900 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2901 {
2902         struct td_sched *ts;
2903
2904         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2905         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2906         ts = td_get_sched(td);
2907         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2908                 sched_unbind(td);
2909         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2910         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2911         sched_pin();
2912         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2913                 return;
2914         ts->ts_cpu = cpu;
2915         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2916         mi_switch(SW_VOL | SWT_BIND);
2917         thread_lock(td);
2918 }
2919
2920 /*
2921  * Release a bound thread.
2922  */
2923 void
2924 sched_unbind(struct thread *td)
2925 {
2926         struct td_sched *ts;
2927
2928         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2929         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2930         ts = td_get_sched(td);
2931         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2932                 return;
2933         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2934         sched_unpin();
2935 }
2936
2937 int
2938 sched_is_bound(struct thread *td)
2939 {
2940         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2941         return (td_get_sched(td)->ts_flags & TSF_BOUND);
2942 }
2943
2944 /*
2945  * Basic yield call.
2946  */
2947 void
2948 sched_relinquish(struct thread *td)
2949 {
2950         thread_lock(td);
2951         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH);
2952 }
2953
2954 /*
2955  * Return the total system load.
2956  */
2957 int
2958 sched_load(void)
2959 {
2960 #ifdef SMP
2961         int total;
2962         int i;
2963
2964         total = 0;
2965         CPU_FOREACH(i)
2966                 total += atomic_load_int(&TDQ_CPU(i)->tdq_sysload);
2967         return (total);
2968 #else
2969         return (atomic_load_int(&TDQ_SELF()->tdq_sysload));
2970 #endif
2971 }
2972
2973 int
2974 sched_sizeof_proc(void)
2975 {
2976         return (sizeof(struct proc));
2977 }
2978
2979 int
2980 sched_sizeof_thread(void)
2981 {
2982         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2983 }
2984
2985 #ifdef SMP
2986 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2987     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2988 #else
2989 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2990 #endif
2991
2992 /*
2993  * The actual idle process.
2994  */
2995 void
2996 sched_idletd(void *dummy)
2997 {
2998         struct thread *td;
2999         struct tdq *tdq;
3000         int oldswitchcnt, switchcnt;
3001         int i;
3002
3003         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
3004         td = curthread;
3005         tdq = TDQ_SELF();
3006         THREAD_NO_SLEEPING();
3007         oldswitchcnt = -1;
3008         for (;;) {
3009                 if (TDQ_LOAD(tdq)) {
3010                         thread_lock(td);
3011                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE);
3012                 }
3013                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
3014 #ifdef SMP
3015                 if (always_steal || switchcnt != oldswitchcnt) {
3016                         oldswitchcnt = switchcnt;
3017                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
3018                                 continue;
3019                 }
3020                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
3021 #else
3022                 oldswitchcnt = switchcnt;
3023 #endif
3024                 /*
3025                  * If we're switching very frequently, spin while checking
3026                  * for load rather than entering a low power state that 
3027                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
3028                  * loops while on SMT machines as this simply steals
3029                  * cycles from cores doing useful work.
3030                  */
3031                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
3032                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
3033                                 if (TDQ_LOAD(tdq))
3034                                         break;
3035                                 cpu_spinwait();
3036                         }
3037                 }
3038
3039                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
3040                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
3041                 if (TDQ_LOAD(tdq) != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
3042                         continue;
3043
3044                 /* Run main MD idle handler. */
3045                 atomic_store_int(&tdq->tdq_cpu_idle, 1);
3046                 /*
3047                  * Make sure that the tdq_cpu_idle update is globally visible
3048                  * before cpu_idle() reads tdq_load.  The order is important
3049                  * to avoid races with tdq_notify().
3050                  */
3051                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3052                 /*
3053                  * Checking for again after the fence picks up assigned
3054                  * threads often enough to make it worthwhile to do so in
3055                  * order to avoid calling cpu_idle().
3056                  */
3057                 if (TDQ_LOAD(tdq) != 0) {
3058                         atomic_store_int(&tdq->tdq_cpu_idle, 0);
3059                         continue;
3060                 }
3061                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
3062                 atomic_store_int(&tdq->tdq_cpu_idle, 0);
3063
3064                 /*
3065                  * Account thread-less hardware interrupts and
3066                  * other wakeup reasons equal to context switches.
3067                  */
3068                 switchcnt = TDQ_SWITCHCNT(tdq);
3069                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
3070                         continue;
3071                 TDQ_SWITCHCNT_INC(tdq);
3072                 oldswitchcnt++;
3073         }
3074 }
3075
3076 /*
3077  * sched_throw_grab() chooses a thread from the queue to switch to
3078  * next.  It returns with the tdq lock dropped in a spinlock section to
3079  * keep interrupts disabled until the CPU is running in a proper threaded
3080  * context.
3081  */
3082 static struct thread *
3083 sched_throw_grab(struct tdq *tdq)
3084 {
3085         struct thread *newtd;
3086
3087         newtd = choosethread();
3088         spinlock_enter();
3089         TDQ_UNLOCK(tdq);
3090         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1,
3091             ("invalid count %d", curthread->td_md.md_spinlock_count));
3092         return (newtd);
3093 }
3094
3095 /*
3096  * A CPU is entering for the first time.
3097  */
3098 void
3099 sched_ap_entry(void)
3100 {
3101         struct thread *newtd;
3102         struct tdq *tdq;
3103
3104         tdq = TDQ_SELF();
3105
3106         /* This should have been setup in schedinit_ap(). */
3107         THREAD_LOCKPTR_ASSERT(curthread, TDQ_LOCKPTR(tdq));
3108
3109         TDQ_LOCK(tdq);
3110         /* Correct spinlock nesting. */
3111         spinlock_exit();
3112         PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
3113         PCPU_SET(switchticks, ticks);
3114
3115         newtd = sched_throw_grab(tdq);
3116
3117         /* doesn't return */
3118         cpu_throw(NULL, newtd);
3119 }
3120
3121 /*
3122  * A thread is exiting.
3123  */
3124 void
3125 sched_throw(struct thread *td)
3126 {
3127         struct thread *newtd;
3128         struct tdq *tdq;
3129
3130         tdq = TDQ_SELF();
3131
3132         MPASS(td != NULL);
3133         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
3134         THREAD_LOCKPTR_ASSERT(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
3135
3136         tdq_load_rem(tdq, td);
3137         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
3138         td->td_oncpu = NOCPU;
3139         thread_lock_block(td);
3140
3141         newtd = sched_throw_grab(tdq);
3142
3143         /* doesn't return */
3144         cpu_switch(td, newtd, TDQ_LOCKPTR(tdq));
3145 }
3146
3147 /*
3148  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
3149  * let fork do the rest of the work.
3150  */
3151 void
3152 sched_fork_exit(struct thread *td)
3153 {
3154         struct tdq *tdq;
3155         int cpuid;
3156
3157         /*
3158          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
3159          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
3160          */
3161         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1,
3162             ("invalid count %d", curthread->td_md.md_spinlock_count));
3163         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3164         tdq = TDQ_SELF();
3165         TDQ_LOCK(tdq);
3166         spinlock_exit();
3167         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
3168         td->td_oncpu = cpuid;
3169         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "running",
3170             "prio:%d", td->td_priority);
3171         SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
3172 }
3173
3174 /*
3175  * Create on first use to catch odd startup conditions.
3176  */
3177 char *
3178 sched_tdname(struct thread *td)
3179 {
3180 #ifdef KTR
3181         struct td_sched *ts;
3182
3183         ts = td_get_sched(td);
3184         if (ts->ts_name[0] == '\0')
3185                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
3186                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
3187         return (ts->ts_name);
3188 #else
3189         return (td->td_name);
3190 #endif
3191 }
3192
3193 #ifdef KTR
3194 void
3195 sched_clear_tdname(struct thread *td)
3196 {
3197         struct td_sched *ts;
3198
3199         ts = td_get_sched(td);
3200         ts->ts_name[0] = '\0';
3201 }
3202 #endif
3203
3204 #ifdef SMP
3205
3206 /*
3207  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
3208  * the topology tree.
3209  */
3210 static int
3211 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
3212     int indent)
3213 {
3214         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
3215         int i, first;
3216
3217         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
3218             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
3219         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
3220             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
3221         first = TRUE;
3222         for (i = cg->cg_first; i <= cg->cg_last; i++) {
3223                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
3224                         if (!first)
3225                                 sbuf_cat(sb, ", ");
3226                         else
3227                                 first = FALSE;
3228                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
3229                 }
3230         }
3231         sbuf_cat(sb, "</cpu>\n");
3232
3233         if (cg->cg_flags != 0) {
3234                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
3235                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
3236                         sbuf_cat(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
3237                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
3238                         sbuf_cat(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
3239                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
3240                         sbuf_cat(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
3241                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_NODE) != 0)
3242                         sbuf_cat(sb, "<flag name=\"NODE\">NUMA node</flag>");
3243                 sbuf_cat(sb, "</flags>\n");
3244         }
3245
3246         if (cg->cg_children > 0) {
3247                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
3248                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
3249                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
3250                             &cg->cg_child[i], indent+2);
3251                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
3252         }
3253         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
3254         return (0);
3255 }
3256
3257 /*
3258  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
3259  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
3260  */
3261 static int
3262 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3263 {
3264         struct sbuf *topo;
3265         int err;
3266
3267         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
3268
3269         topo = sbuf_new_for_sysctl(NULL, NULL, 512, req);
3270         if (topo == NULL)
3271                 return (ENOMEM);
3272
3273         sbuf_cat(topo, "<groups>\n");
3274         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
3275         sbuf_cat(topo, "</groups>\n");
3276
3277         if (err == 0) {
3278                 err = sbuf_finish(topo);
3279         }
3280         sbuf_delete(topo);
3281         return (err);
3282 }
3283
3284 #endif
3285
3286 static int
3287 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3288 {
3289         int error, new_val, period;
3290
3291         period = 1000000 / realstathz;
3292         new_val = period * sched_slice;
3293         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
3294         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
3295                 return (error);
3296         if (new_val <= 0)
3297                 return (EINVAL);
3298         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
3299         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
3300         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
3301             realstathz);
3302         return (0);
3303 }
3304
3305 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
3306     "Scheduler");
3307 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
3308     "Scheduler name");
3309 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum,
3310     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0,
3311     sysctl_kern_quantum, "I",
3312     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
3313 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
3314     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
3315 SYSCTL_UINT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
3316     "Interactivity score threshold");
3317 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
3318     &preempt_thresh, 0,
3319     "Maximal (lowest) priority for preemption");
3320 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
3321     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
3322 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
3323     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
3324 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
3325     &sched_idlespinthresh, 0,
3326     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
3327 #ifdef SMP
3328 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
3329     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
3330 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
3331     "Enables the long-term load balancer");
3332 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
3333     &balance_interval, 0,
3334     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
3335 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
3336     "Attempts to steal work from other cores before idling");
3337 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
3338     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
3339 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, trysteal_limit, CTLFLAG_RW, &trysteal_limit,
3340     0, "Topological distance limit for stealing threads in sched_switch()");
3341 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, always_steal, CTLFLAG_RW, &always_steal, 0,
3342     "Always run the stealer from the idle thread");
3343 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
3344     CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
3345     "XML dump of detected CPU topology");
3346 #endif
3347
3348 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
3349 static int ccpu = 0;
3350 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0,
3351     "Decay factor used for updating %CPU in 4BSD scheduler");