]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
4478 dtrace_dof_maxsize is far too small
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_sched.h"
43
44 #include <sys/param.h>
45 #include <sys/systm.h>
46 #include <sys/kdb.h>
47 #include <sys/kernel.h>
48 #include <sys/ktr.h>
49 #include <sys/lock.h>
50 #include <sys/mutex.h>
51 #include <sys/proc.h>
52 #include <sys/resource.h>
53 #include <sys/resourcevar.h>
54 #include <sys/sched.h>
55 #include <sys/sdt.h>
56 #include <sys/smp.h>
57 #include <sys/sx.h>
58 #include <sys/sysctl.h>
59 #include <sys/sysproto.h>
60 #include <sys/turnstile.h>
61 #include <sys/umtx.h>
62 #include <sys/vmmeter.h>
63 #include <sys/cpuset.h>
64 #include <sys/sbuf.h>
65
66 #ifdef HWPMC_HOOKS
67 #include <sys/pmckern.h>
68 #endif
69
70 #ifdef KDTRACE_HOOKS
71 #include <sys/dtrace_bsd.h>
72 int                             dtrace_vtime_active;
73 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
74 #endif
75
76 #include <machine/cpu.h>
77 #include <machine/smp.h>
78
79 #define KTR_ULE 0
80
81 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
82 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
83 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
84
85 /*
86  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
87  * by the thread lock.
88  */
89 struct td_sched {       
90         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
91         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
92         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
93         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
94         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
95         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
96         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
97         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
98         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
99         int             ts_ticks;       /* Tick count */
100 #ifdef KTR
101         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
102 #endif
103 };
104 /* flags kept in ts_flags */
105 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
106 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
107
108 static struct td_sched td_sched0;
109
110 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
111 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
112     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
113
114 /*
115  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
116  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
117  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
118  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
119  * ranges supporting nice values.
120  */
121 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
122 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
123 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
124
125 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
126 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
127 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
128 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
129
130 /*
131  * Cpu percentage computation macros and defines.
132  *
133  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
134  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
135  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
136  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
137  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
138  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
139  */
140 #define SCHED_TICK_SECS         10
141 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
142 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
143 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
144 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
145 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
146
147 /*
148  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
149  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
150  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
151  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
152  * or positive nice respectively.
153  *
154  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
155  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
156  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
157  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
158  */
159 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
160 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
161 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
162 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
163 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
164 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
165     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
166     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
167 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
168
169 /*
170  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
171  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
172  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
173  * models the intent of the thread.
174  *
175  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
176  *              before throttling back.
177  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
178  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
179  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
180  */
181 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
182 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
183 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
184 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
185 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
186
187 /*
188  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
189  */
190 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
191 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
192
193 /* Flags kept in td_flags. */
194 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
195
196 /*
197  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
198  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
199  *                      due to rounding would be unacceptably high.
200  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
201  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
202  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
203  */
204 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
205 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
206 static int realstathz = 127;    /* reset during boot. */
207 static int sched_slice = 10;    /* reset during boot. */
208 static int sched_slice_min = 1; /* reset during boot. */
209 #ifdef PREEMPTION
210 #ifdef FULL_PREEMPTION
211 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
212 #else
213 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
214 #endif
215 #else 
216 static int preempt_thresh = 0;
217 #endif
218 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
219 static int sched_idlespins = 10000;
220 static int sched_idlespinthresh = -1;
221
222 /*
223  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
224  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
225  * locking in sched_pickcpu();
226  */
227 struct tdq {
228         /* 
229          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
230          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
231          * tdq_cpu_idle.
232          */
233         struct mtx_padalign tdq_lock;           /* run queue lock. */
234         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
235         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
236         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
237         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
238         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
239         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
240         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
241         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
242         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
243         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
244         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
245         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
246         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
247         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
248         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
249 #ifdef KTR
250         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
251 #endif
252 } __aligned(64);
253
254 /* Idle thread states and config. */
255 #define TDQ_RUNNING     1
256 #define TDQ_IDLE        2
257
258 #ifdef SMP
259 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
260
261 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
262 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
263
264 /*
265  * Run-time tunables.
266  */
267 static int rebalance = 1;
268 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
269 static int affinity;
270 static int steal_idle = 1;
271 static int steal_thresh = 2;
272
273 /*
274  * One thread queue per processor.
275  */
276 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
277 static struct tdq       *balance_tdq;
278 static int balance_ticks;
279 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
280
281 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
282 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
283 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
284 #else   /* !SMP */
285 static struct tdq       tdq_cpu;
286
287 #define TDQ_ID(x)       (0)
288 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
289 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
290 #endif
291
292 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
293 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
294 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
295 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
296 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
297
298 static void sched_priority(struct thread *);
299 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
300 static int sched_interact_score(struct thread *);
301 static void sched_interact_update(struct thread *);
302 static void sched_interact_fork(struct thread *);
303 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
304
305 /* Operations on per processor queues */
306 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
307 static void tdq_setup(struct tdq *);
308 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
309 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
310 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
311 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
312 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
313 void tdq_print(int cpu);
314 static void runq_print(struct runq *rq);
315 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
316 #ifdef SMP
317 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
318 static int tdq_idled(struct tdq *);
319 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
320 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
321 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
322 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
323 static void sched_balance(void);
324 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
325 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
326 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
327 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
328 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
329 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
330     struct cpu_group *cg, int indent);
331 #endif
332
333 static void sched_setup(void *dummy);
334 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
335
336 static void sched_initticks(void *dummy);
337 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
338     NULL);
339
340 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
341
342 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
343     "struct proc *", "uint8_t");
344 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
345     "struct proc *", "void *");
346 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
347     "struct proc *", "void *", "int");
348 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
349     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
350 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
351 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
352     "struct proc *");
353 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
354 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
355 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
356     "struct proc *");
357
358 /*
359  * Print the threads waiting on a run-queue.
360  */
361 static void
362 runq_print(struct runq *rq)
363 {
364         struct rqhead *rqh;
365         struct thread *td;
366         int pri;
367         int j;
368         int i;
369
370         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
371                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
372                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
373                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
374                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
375                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
376                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
377                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
378                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
379                                             td, td->td_name, td->td_priority,
380                                             td->td_rqindex, pri);
381                                 }
382                         }
383         }
384 }
385
386 /*
387  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
388  */
389 void
390 tdq_print(int cpu)
391 {
392         struct tdq *tdq;
393
394         tdq = TDQ_CPU(cpu);
395
396         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
397         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
398         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
399         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
400         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
401         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
402         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
403         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
404         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
405         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
406         printf("\trealtime runq:\n");
407         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
408         printf("\ttimeshare runq:\n");
409         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
410         printf("\tidle runq:\n");
411         runq_print(&tdq->tdq_idle);
412 }
413
414 static inline int
415 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
416 {
417         /*
418          * If the new priority is not better than the current priority there is
419          * nothing to do.
420          */
421         if (pri >= cpri)
422                 return (0);
423         /*
424          * Always preempt idle.
425          */
426         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
427                 return (1);
428         /*
429          * If preemption is disabled don't preempt others.
430          */
431         if (preempt_thresh == 0)
432                 return (0);
433         /*
434          * Preempt if we exceed the threshold.
435          */
436         if (pri <= preempt_thresh)
437                 return (1);
438         /*
439          * If we're interactive or better and there is non-interactive
440          * or worse running preempt only remote processors.
441          */
442         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
443                 return (1);
444         return (0);
445 }
446
447 /*
448  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
449  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
450  * queue position for timeshare threads.
451  */
452 static __inline void
453 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
454 {
455         struct td_sched *ts;
456         u_char pri;
457
458         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
459         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
460
461         pri = td->td_priority;
462         ts = td->td_sched;
463         TD_SET_RUNQ(td);
464         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
465                 tdq->tdq_transferable++;
466                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
467         }
468         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
469                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
470         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
471                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
472                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
473                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
474                 /*
475                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
476                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
477                  */
478                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
479                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
480                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
481                         /*
482                          * This effectively shortens the queue by one so we
483                          * can have a one slot difference between idx and
484                          * ridx while we wait for threads to drain.
485                          */
486                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
487                             pri == tdq->tdq_ridx)
488                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
489                 } else
490                         pri = tdq->tdq_ridx;
491                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
492                 return;
493         } else
494                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
495         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
496 }
497
498 /* 
499  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
500  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
501  * transferable count does not reflect them.
502  */
503 static __inline void
504 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
505 {
506         struct td_sched *ts;
507
508         ts = td->td_sched;
509         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
510         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
511             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
512         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
513                 tdq->tdq_transferable--;
514                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
515         }
516         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
517                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
518                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
519                 else
520                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
521         } else
522                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
523 }
524
525 /*
526  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
527  * for this thread to the referenced thread queue.
528  */
529 static void
530 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
531 {
532
533         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
534         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
535
536         tdq->tdq_load++;
537         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
538                 tdq->tdq_sysload++;
539         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
540         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
541 }
542
543 /*
544  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
545  * exiting.
546  */
547 static void
548 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
549 {
550
551         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
552         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
553         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
554             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
555
556         tdq->tdq_load--;
557         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
558                 tdq->tdq_sysload--;
559         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
560         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
561 }
562
563 /*
564  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
565  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
566  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
567  * no less than sched_slice_min runtime.
568  */
569 static inline int
570 tdq_slice(struct tdq *tdq)
571 {
572         int load;
573
574         /*
575          * It is safe to use sys_load here because this is called from
576          * contexts where timeshare threads are running and so there
577          * cannot be higher priority load in the system.
578          */
579         load = tdq->tdq_sysload - 1;
580         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
581                 return (sched_slice_min);
582         if (load <= 1)
583                 return (sched_slice);
584         return (sched_slice / load);
585 }
586
587 /*
588  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
589  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
590  */
591 static void
592 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
593 {
594         struct thread *td;
595
596         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
597         if (ctd == NULL)
598                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
599         td = tdq_choose(tdq);
600         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
601                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
602         else
603                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
604 }
605
606 #ifdef SMP
607 struct cpu_search {
608         cpuset_t cs_mask;
609         u_int   cs_prefer;
610         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
611         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
612         int     cs_cpu;
613         int     cs_load;
614 };
615
616 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
617 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
618 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
619
620 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
621         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
622                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
623
624 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
625     struct cpu_search *high, const int match);
626 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
627 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
628 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
629     struct cpu_search *high);
630
631 /*
632  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
633  * according to the match argument.  This routine actually compares the
634  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
635  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
636  * the system.  This balances work among caches and busses.
637  *
638  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
639  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
640  * also recursive to the depth of the tree.
641  */
642 static __inline int
643 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
644     struct cpu_search *high, const int match)
645 {
646         struct cpu_search lgroup;
647         struct cpu_search hgroup;
648         cpuset_t cpumask;
649         struct cpu_group *child;
650         struct tdq *tdq;
651         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
652
653         total = 0;
654         cpumask = cg->cg_mask;
655         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
656                 lload = INT_MAX;
657                 lgroup = *low;
658         }
659         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
660                 hload = INT_MIN;
661                 hgroup = *high;
662         }
663
664         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
665         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
666                 if (i == 0) {
667 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
668                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
669 #else
670                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
671                                 cpu--;
672 #endif
673                         if (cpu < 0)
674                                 break;
675                         child = NULL;
676                 } else
677                         child = &cg->cg_child[i - 1];
678
679                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
680                         lgroup.cs_cpu = -1;
681                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
682                         hgroup.cs_cpu = -1;
683                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
684                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
685                         switch (match) {
686                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
687                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
688                                 break;
689                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
690                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
691                                 break;
692                         case CPU_SEARCH_BOTH:
693                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
694                                 break;
695                         }
696                 } else {                        /* Handle child CPU. */
697                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
698                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
699                         load = tdq->tdq_load * 256;
700                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
701                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
702                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
703                                 if (cpu == low->cs_prefer)
704                                         load -= 64;
705                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
706                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
707                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
708                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
709                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
710                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
711                                 }
712                         }
713                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
714                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
715                                     tdq->tdq_transferable &&
716                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
717                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
718                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
719                                 }
720                 }
721                 total += load;
722
723                 /* We have info about child item. Compare it. */
724                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
725                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
726                             (load < lload ||
727                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
728                                 lload = load;
729                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
730                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
731                         }
732                 }
733                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
734                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
735                             (load > hload ||
736                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
737                                 hload = load;
738                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
739                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
740                         }
741                 if (child) {
742                         i--;
743                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
744                                 break;
745                 }
746 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
747                 else
748                         cpu--;
749 #endif
750         }
751         return (total);
752 }
753
754 /*
755  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
756  * optimization.
757  */
758 int
759 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
760 {
761         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
762 }
763
764 int
765 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
766 {
767         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
768 }
769
770 int
771 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
772     struct cpu_search *high)
773 {
774         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
775 }
776
777 /*
778  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
779  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
780  * acceptable.
781  */
782 static inline int
783 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
784     int prefer)
785 {
786         struct cpu_search low;
787
788         low.cs_cpu = -1;
789         low.cs_prefer = prefer;
790         low.cs_mask = mask;
791         low.cs_pri = pri;
792         low.cs_limit = maxload;
793         cpu_search_lowest(cg, &low);
794         return low.cs_cpu;
795 }
796
797 /*
798  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
799  */
800 static inline int
801 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
802 {
803         struct cpu_search high;
804
805         high.cs_cpu = -1;
806         high.cs_mask = mask;
807         high.cs_limit = minload;
808         cpu_search_highest(cg, &high);
809         return high.cs_cpu;
810 }
811
812 static void
813 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
814 {
815         cpuset_t hmask, lmask;
816         int high, low, anylow;
817
818         CPU_FILL(&hmask);
819         for (;;) {
820                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
821                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
822                 if (high == -1)
823                         break;
824                 CPU_CLR(high, &hmask);
825                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
826                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
827                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
828                         break;
829                 anylow = 1;
830 nextlow:
831                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
832                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
833                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
834                 if (anylow && low == -1)
835                         break;
836                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
837                 if (low == -1)
838                         continue;
839                 /* Transfer thread from high to low. */
840                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
841                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
842                         CPU_CLR(low, &hmask);
843                 } else {
844                         /*
845                          * If failed, then there is no threads on high
846                          * that can run on this low. Drop low from low
847                          * mask and look for different one.
848                          */
849                         CPU_CLR(low, &lmask);
850                         anylow = 0;
851                         goto nextlow;
852                 }
853         }
854 }
855
856 static void
857 sched_balance(void)
858 {
859         struct tdq *tdq;
860
861         /*
862          * Select a random time between .5 * balance_interval and
863          * 1.5 * balance_interval.
864          */
865         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
866         balance_ticks += random() % balance_interval;
867         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
868                 return;
869         tdq = TDQ_SELF();
870         TDQ_UNLOCK(tdq);
871         sched_balance_group(cpu_top);
872         TDQ_LOCK(tdq);
873 }
874
875 /*
876  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
877  */
878 static void
879 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
880 {
881         if (one < two) {
882                 TDQ_LOCK(one);
883                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
884         } else {
885                 TDQ_LOCK(two);
886                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
887         }
888 }
889
890 /*
891  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
892  */
893 static void
894 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
895 {
896         TDQ_UNLOCK(one);
897         TDQ_UNLOCK(two);
898 }
899
900 /*
901  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
902  */
903 static int
904 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
905 {
906         int moved;
907         int cpu;
908
909         tdq_lock_pair(high, low);
910         moved = 0;
911         /*
912          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
913          * threads we actually have to give up (transferable).
914          */
915         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
916             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
917                 /*
918                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
919                  * reschedule with the new workload.
920                  */
921                 cpu = TDQ_ID(low);
922                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
923                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
924         }
925         tdq_unlock_pair(high, low);
926         return (moved);
927 }
928
929 /*
930  * Move a thread from one thread queue to another.
931  */
932 static int
933 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
934 {
935         struct td_sched *ts;
936         struct thread *td;
937         struct tdq *tdq;
938         int cpu;
939
940         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
941         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
942
943         tdq = from;
944         cpu = TDQ_ID(to);
945         td = tdq_steal(tdq, cpu);
946         if (td == NULL)
947                 return (0);
948         ts = td->td_sched;
949         /*
950          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
951          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
952          */
953         thread_lock(td);
954         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
955         TDQ_UNLOCK(from);
956         sched_rem(td);
957         ts->ts_cpu = cpu;
958         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
959         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
960         return (1);
961 }
962
963 /*
964  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
965  * to it.
966  */
967 static int
968 tdq_idled(struct tdq *tdq)
969 {
970         struct cpu_group *cg;
971         struct tdq *steal;
972         cpuset_t mask;
973         int thresh;
974         int cpu;
975
976         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
977                 return (1);
978         CPU_FILL(&mask);
979         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
980         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
981         spinlock_enter();
982         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
983                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
984                         thresh = steal_thresh;
985                 else
986                         thresh = 1;
987                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
988                 if (cpu == -1) {
989                         cg = cg->cg_parent;
990                         continue;
991                 }
992                 steal = TDQ_CPU(cpu);
993                 CPU_CLR(cpu, &mask);
994                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
995                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
996                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
997                         continue;
998                 }
999                 /*
1000                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
1001                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
1002                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
1003                  * set.
1004                  */
1005                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1006                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1007                         continue;
1008                 }
1009                 spinlock_exit();
1010                 TDQ_UNLOCK(steal);
1011                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1012                 thread_unlock(curthread);
1013
1014                 return (0);
1015         }
1016         spinlock_exit();
1017         return (1);
1018 }
1019
1020 /*
1021  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1022  */
1023 static void
1024 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1025 {
1026         struct thread *ctd;
1027         int pri;
1028         int cpu;
1029
1030         if (tdq->tdq_ipipending)
1031                 return;
1032         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1033         pri = td->td_priority;
1034         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1035         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1036                 return;
1037         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1038                 /*
1039                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1040                  * falling back to IPI.
1041                  */
1042                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1043                         return;
1044         }
1045         tdq->tdq_ipipending = 1;
1046         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1047 }
1048
1049 /*
1050  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1051  * index.
1052  */
1053 static struct thread *
1054 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1055 {
1056         struct rqbits *rqb;
1057         struct rqhead *rqh;
1058         struct thread *td, *first;
1059         int bit;
1060         int pri;
1061         int i;
1062
1063         rqb = &rq->rq_status;
1064         bit = start & (RQB_BPW -1);
1065         pri = 0;
1066         first = NULL;
1067 again:
1068         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1069                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1070                         continue;
1071                 if (bit != 0) {
1072                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1073                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1074                                         break;
1075                         if (pri >= RQB_BPW)
1076                                 continue;
1077                 } else
1078                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1079                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1080                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1081                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1082                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1083                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1084                                 return (td);
1085                         first = td;
1086                 }
1087         }
1088         if (start != 0) {
1089                 start = 0;
1090                 goto again;
1091         }
1092
1093         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1094             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1095                 return (first);
1096         return (NULL);
1097 }
1098
1099 /*
1100  * Steals load from a standard linear queue.
1101  */
1102 static struct thread *
1103 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1104 {
1105         struct rqhead *rqh;
1106         struct rqbits *rqb;
1107         struct thread *td;
1108         int word;
1109         int bit;
1110
1111         rqb = &rq->rq_status;
1112         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1113                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1114                         continue;
1115                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1116                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1117                                 continue;
1118                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1119                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1120                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1121                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1122                                         return (td);
1123                 }
1124         }
1125         return (NULL);
1126 }
1127
1128 /*
1129  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1130  */
1131 static struct thread *
1132 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1133 {
1134         struct thread *td;
1135
1136         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1137         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1138                 return (td);
1139         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1140             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1141                 return (td);
1142         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1143 }
1144
1145 /*
1146  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1147  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1148  */
1149 static inline struct tdq *
1150 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1151 {
1152
1153         struct tdq *tdq;
1154
1155         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1156         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1157         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1158         /*
1159          * If the lock matches just return the queue.
1160          */
1161         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1162                 return (tdq);
1163 #ifdef notyet
1164         /*
1165          * If the thread isn't running its lockptr is a
1166          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1167          * blocking.
1168          */
1169         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1170                 TDQ_LOCK(tdq);
1171                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1172                 return (tdq);
1173         }
1174 #endif
1175         /*
1176          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1177          * prevent order reversals with other cpus locks.
1178          */
1179         spinlock_enter();
1180         thread_lock_block(td);
1181         TDQ_LOCK(tdq);
1182         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1183         spinlock_exit();
1184         return (tdq);
1185 }
1186
1187 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1188 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1189 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1190 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1191 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1192 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1193
1194 static int
1195 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1196 {
1197         struct cpu_group *cg, *ccg;
1198         struct td_sched *ts;
1199         struct tdq *tdq;
1200         cpuset_t mask;
1201         int cpu, pri, self;
1202
1203         self = PCPU_GET(cpuid);
1204         ts = td->td_sched;
1205         if (smp_started == 0)
1206                 return (self);
1207         /*
1208          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1209          */
1210         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1211                 return (ts->ts_cpu);
1212         /*
1213          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1214          * the interrupt.
1215          */
1216         pri = td->td_priority;
1217         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1218             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1219                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1220                 ts->ts_cpu = self;
1221                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1222                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1223                         return (ts->ts_cpu);
1224                 }
1225         }
1226         /*
1227          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1228          * expired or it is idle run it there.
1229          */
1230         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1231         cg = tdq->tdq_cg;
1232         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1233             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1234             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1235                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1236                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1237                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1238                                         break;
1239                         }
1240                 } else
1241                         cpu = INT_MAX;
1242                 if (cpu > mp_maxid) {
1243                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1244                         return (ts->ts_cpu);
1245                 }
1246         }
1247         /*
1248          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1249          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1250          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1251          */
1252         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1253                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1254                         continue;
1255                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1256                         continue;
1257                 ccg = cg;
1258         }
1259         if (ccg != NULL)
1260                 cg = ccg;
1261         cpu = -1;
1262         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1263         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1264         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1265             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1266                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1267                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1268         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1269         if (cpu == -1)
1270                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1271         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1272         if (cpu == -1)
1273                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1274         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1275         /*
1276          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1277          */
1278         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1279             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1280             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1281                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1282                 cpu = self;
1283         } else
1284                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1285         if (cpu != ts->ts_cpu)
1286                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1287         return (cpu);
1288 }
1289 #endif
1290
1291 /*
1292  * Pick the highest priority task we have and return it.
1293  */
1294 static struct thread *
1295 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1296 {
1297         struct thread *td;
1298
1299         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1300         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1301         if (td != NULL)
1302                 return (td);
1303         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1304         if (td != NULL) {
1305                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1306                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1307                     td->td_priority));
1308                 return (td);
1309         }
1310         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1311         if (td != NULL) {
1312                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1313                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1314                     td->td_priority));
1315                 return (td);
1316         }
1317
1318         return (NULL);
1319 }
1320
1321 /*
1322  * Initialize a thread queue.
1323  */
1324 static void
1325 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1326 {
1327
1328         if (bootverbose)
1329                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1330         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1331         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1332         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1333         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1334             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1335         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1336             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1337 #ifdef KTR
1338         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1339             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1340 #endif
1341 }
1342
1343 #ifdef SMP
1344 static void
1345 sched_setup_smp(void)
1346 {
1347         struct tdq *tdq;
1348         int i;
1349
1350         cpu_top = smp_topo();
1351         CPU_FOREACH(i) {
1352                 tdq = TDQ_CPU(i);
1353                 tdq_setup(tdq);
1354                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1355                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1356                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1357         }
1358         balance_tdq = TDQ_SELF();
1359         sched_balance();
1360 }
1361 #endif
1362
1363 /*
1364  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1365  * information.
1366  */
1367 static void
1368 sched_setup(void *dummy)
1369 {
1370         struct tdq *tdq;
1371
1372         tdq = TDQ_SELF();
1373 #ifdef SMP
1374         sched_setup_smp();
1375 #else
1376         tdq_setup(tdq);
1377 #endif
1378
1379         /* Add thread0's load since it's running. */
1380         TDQ_LOCK(tdq);
1381         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1382         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1383         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1384         TDQ_UNLOCK(tdq);
1385 }
1386
1387 /*
1388  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1389  */
1390 /* ARGSUSED */
1391 static void
1392 sched_initticks(void *dummy)
1393 {
1394         int incr;
1395
1396         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1397         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1398         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1399         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1400             realstathz);
1401
1402         /*
1403          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1404          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1405          */
1406         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1407         /*
1408          * This does not work for values of stathz that are more than
1409          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1410          */
1411         if (incr == 0)
1412                 incr = 1;
1413         tickincr = incr;
1414 #ifdef SMP
1415         /*
1416          * Set the default balance interval now that we know
1417          * what realstathz is.
1418          */
1419         balance_interval = realstathz;
1420         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1421 #endif
1422         if (sched_idlespinthresh < 0)
1423                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1424 }
1425
1426
1427 /*
1428  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1429  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1430  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1431  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1432  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1433  */
1434 static int
1435 sched_interact_score(struct thread *td)
1436 {
1437         struct td_sched *ts;
1438         int div;
1439
1440         ts = td->td_sched;
1441         /*
1442          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1443          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1444          * no chance.
1445          */
1446         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1447                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1448                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1449
1450         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1451                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1452                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1453                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1454         }
1455         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1456                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1457                 return (ts->ts_runtime / div);
1458         }
1459         /* runtime == slptime */
1460         if (ts->ts_runtime)
1461                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1462
1463         /*
1464          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1465          */
1466         return (0);
1467
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1472  * process.
1473  */
1474 static void
1475 sched_priority(struct thread *td)
1476 {
1477         int score;
1478         int pri;
1479
1480         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1481                 return;
1482         /*
1483          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1484          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1485          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1486          *
1487          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1488          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1489          * utilization and the rest is decided by nice value.
1490          *
1491          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1492          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1493          * considered interactive.
1494          */
1495         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1496         if (score < sched_interact) {
1497                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1498                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1499                     sched_interact) * score;
1500                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1501                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1502                     pri, score));
1503         } else {
1504                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1505                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1506                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1507                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1508                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1509                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1510                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1511                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1512                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1513                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1514                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1515         }
1516         sched_user_prio(td, pri);
1517
1518         return;
1519 }
1520
1521 /*
1522  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1523  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1524  * function is ugly due to integer math.
1525  */
1526 static void
1527 sched_interact_update(struct thread *td)
1528 {
1529         struct td_sched *ts;
1530         u_int sum;
1531
1532         ts = td->td_sched;
1533         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1534         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1535                 return;
1536         /*
1537          * This only happens from two places:
1538          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1539          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1540          */
1541         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1542                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1543                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1544                         ts->ts_slptime = 1;
1545                 } else {
1546                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1547                         ts->ts_runtime = 1;
1548                 }
1549                 return;
1550         }
1551         /*
1552          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1553          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1554          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1555          */
1556         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1557                 ts->ts_runtime /= 2;
1558                 ts->ts_slptime /= 2;
1559                 return;
1560         }
1561         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1562         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1563 }
1564
1565 /*
1566  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1567  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1568  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1569  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1570  */
1571 static void
1572 sched_interact_fork(struct thread *td)
1573 {
1574         int ratio;
1575         int sum;
1576
1577         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1578         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1579                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1580                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1581                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1582         }
1583 }
1584
1585 /*
1586  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1587  */
1588 void
1589 schedinit(void)
1590 {
1591
1592         /*
1593          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1594          */
1595         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1596         thread0.td_sched = &td_sched0;
1597         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1598         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1599         td_sched0.ts_slice = 0;
1600 }
1601
1602 /*
1603  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1604  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1605  * at most sched_slice stathz ticks.
1606  */
1607 int
1608 sched_rr_interval(void)
1609 {
1610
1611         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1612         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1613 }
1614
1615 /*
1616  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1617  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1618  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1619  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1620  */
1621 static void
1622 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1623 {
1624         int t = ticks;
1625
1626         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1627                 ts->ts_ticks = 0;
1628                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1629         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1630                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1631                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1632                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1633         }
1634         if (run)
1635                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1636         ts->ts_ltick = t;
1637 }
1638
1639 /*
1640  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1641  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1642  * functions.
1643  */
1644 static void
1645 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1646 {
1647         struct td_sched *ts;
1648         struct tdq *tdq;
1649         int oldpri;
1650
1651         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1652             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1653             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1654         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1655         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1656                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1657                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1658                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1659                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1660                     curthread);
1661         } 
1662         ts = td->td_sched;
1663         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1664         if (td->td_priority == prio)
1665                 return;
1666         /*
1667          * If the priority has been elevated due to priority
1668          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1669          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1670          * cases.
1671          */
1672         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1673                 sched_rem(td);
1674                 td->td_priority = prio;
1675                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1676                 return;
1677         }
1678         /*
1679          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1680          * information so other cpus are aware of our current priority.
1681          */
1682         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1683                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1684                 oldpri = td->td_priority;
1685                 td->td_priority = prio;
1686                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1687                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1688                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1689                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1690                 return;
1691         }
1692         td->td_priority = prio;
1693 }
1694
1695 /*
1696  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1697  * priority.
1698  */
1699 void
1700 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1701 {
1702
1703         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1704         sched_thread_priority(td, prio);
1705 }
1706
1707 /*
1708  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1709  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1710  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1711  * requests.  If the thread's regular priority is less
1712  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1713  * of prio.
1714  */
1715 void
1716 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1717 {
1718         u_char base_pri;
1719
1720         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1721             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1722                 base_pri = td->td_user_pri;
1723         else
1724                 base_pri = td->td_base_pri;
1725         if (prio >= base_pri) {
1726                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1727                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1728         } else
1729                 sched_lend_prio(td, prio);
1730 }
1731
1732 /*
1733  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1734  */
1735 void
1736 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1737 {
1738         u_char oldprio;
1739
1740         /* First, update the base priority. */
1741         td->td_base_pri = prio;
1742
1743         /*
1744          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1745          * ever lower the priority.
1746          */
1747         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1748                 return;
1749
1750         /* Change the real priority. */
1751         oldprio = td->td_priority;
1752         sched_thread_priority(td, prio);
1753
1754         /*
1755          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1756          * its state.
1757          */
1758         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1759                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1760 }
1761
1762 /*
1763  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1764  */
1765 void
1766 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1767 {
1768
1769         td->td_base_user_pri = prio;
1770         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1771                 return;
1772         td->td_user_pri = prio;
1773 }
1774
1775 void
1776 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1777 {
1778
1779         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1780         td->td_lend_user_pri = prio;
1781         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1782         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1783                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1784         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1785                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1786 }
1787
1788 /*
1789  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1790  * cpu binding.
1791  */
1792 static struct mtx *
1793 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1794 {
1795         struct tdq *tdn;
1796
1797         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1798 #ifdef SMP
1799         tdq_load_rem(tdq, td);
1800         /*
1801          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1802          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1803          * not holding either run-queue lock.
1804          */
1805         spinlock_enter();
1806         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1807
1808         /*
1809          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1810          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1811          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1812          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1813          * question while the target processor is spinning with its own
1814          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1815          */
1816         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1817         tdq_add(tdn, td, flags);
1818         tdq_notify(tdn, td);
1819         TDQ_UNLOCK(tdn);
1820         spinlock_exit();
1821 #endif
1822         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1823 }
1824
1825 /*
1826  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1827  * is blocked.
1828  */
1829 static inline void
1830 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1831 {
1832         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1833             (uintptr_t)mtx);
1834 }
1835
1836 /*
1837  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1838  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1839  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1840  * be assigned elsewhere via binding.
1841  */
1842 void
1843 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1844 {
1845         struct tdq *tdq;
1846         struct td_sched *ts;
1847         struct mtx *mtx;
1848         int srqflag;
1849         int cpuid, preempted;
1850
1851         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1852         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1853
1854         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1855         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1856         ts = td->td_sched;
1857         mtx = td->td_lock;
1858         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1859         ts->ts_rltick = ticks;
1860         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1861         td->td_oncpu = NOCPU;
1862         preempted = !(td->td_flags & TDF_SLICEEND);
1863         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1864         td->td_owepreempt = 0;
1865         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1866                 tdq->tdq_switchcnt++;
1867         /*
1868          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1869          * to CAN_RUN as well.
1870          */
1871         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1872                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1873                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1874         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1875                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1876                 srqflag = preempted ?
1877                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1878                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1879 #ifdef SMP
1880                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1881                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1882 #endif
1883                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1884                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1885                 else {
1886                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1887                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1888                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1889                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1890                 }
1891         } else {
1892                 /* This thread must be going to sleep. */
1893                 TDQ_LOCK(tdq);
1894                 mtx = thread_lock_block(td);
1895                 tdq_load_rem(tdq, td);
1896         }
1897         /*
1898          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1899          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1900          * thread-queue locked.
1901          */
1902         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1903         newtd = choosethread();
1904         /*
1905          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1906          */
1907         if (td != newtd) {
1908 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1909                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1910                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1911 #endif
1912                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1913                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1914                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1915                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1916
1917 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1918                 /*
1919                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1920                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1921                  * function to call.
1922                  */
1923                 if (dtrace_vtime_active)
1924                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1925 #endif
1926
1927                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1928                 /*
1929                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1930                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1931                  * run queue lock.
1932                  */
1933                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1934                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1935                 lock_profile_obtain_lock_success(
1936                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1937
1938                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1939 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1940                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1941                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1942 #endif
1943         } else {
1944                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1945                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1946         }
1947         /*
1948          * Assert that all went well and return.
1949          */
1950         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1951         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1952         td->td_oncpu = cpuid;
1953 }
1954
1955 /*
1956  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1957  */
1958 void
1959 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1960 {
1961         struct thread *td;
1962
1963         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1964
1965         p->p_nice = nice;
1966         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1967                 thread_lock(td);
1968                 sched_priority(td);
1969                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1970                 thread_unlock(td);
1971         }
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1976  */
1977 void
1978 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1979 {
1980
1981         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1982
1983         td->td_slptick = ticks;
1984         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1985                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1986         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1987                 return;
1988         if (static_boost == 1 && prio)
1989                 sched_prio(td, prio);
1990         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1991                 sched_prio(td, static_boost);
1992 }
1993
1994 /*
1995  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1996  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1997  */
1998 void
1999 sched_wakeup(struct thread *td)
2000 {
2001         struct td_sched *ts;
2002         int slptick;
2003
2004         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2005         ts = td->td_sched;
2006         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2007         /*
2008          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2009          * priority.
2010          */
2011         slptick = td->td_slptick;
2012         td->td_slptick = 0;
2013         if (slptick && slptick != ticks) {
2014                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2015                 sched_interact_update(td);
2016                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2017         }
2018         /*
2019          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2020          */
2021         ts->ts_slice = 0;
2022         sched_add(td, SRQ_BORING);
2023 }
2024
2025 /*
2026  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2027  * priority.
2028  */
2029 void
2030 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2031 {
2032         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2033         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2034         sched_fork_thread(td, child);
2035         /*
2036          * Penalize the parent and child for forking.
2037          */
2038         sched_interact_fork(child);
2039         sched_priority(child);
2040         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2041         sched_interact_update(td);
2042         sched_priority(td);
2043 }
2044
2045 /*
2046  * Fork a new thread, may be within the same process.
2047  */
2048 void
2049 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2050 {
2051         struct td_sched *ts;
2052         struct td_sched *ts2;
2053         struct tdq *tdq;
2054
2055         tdq = TDQ_SELF();
2056         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2057         /*
2058          * Initialize child.
2059          */
2060         ts = td->td_sched;
2061         ts2 = child->td_sched;
2062         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2063         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2064         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2065         ts2->ts_flags = 0;
2066         /*
2067          * Grab our parents cpu estimation information.
2068          */
2069         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2070         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2071         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2072         /*
2073          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2074          */
2075         child->td_priority = child->td_base_pri;
2076         /*
2077          * And update interactivity score.
2078          */
2079         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2080         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2081         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2082         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2083 #ifdef KTR
2084         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2085 #endif
2086 }
2087
2088 /*
2089  * Adjust the priority class of a thread.
2090  */
2091 void
2092 sched_class(struct thread *td, int class)
2093 {
2094
2095         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2096         if (td->td_pri_class == class)
2097                 return;
2098         td->td_pri_class = class;
2099 }
2100
2101 /*
2102  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2103  */
2104 void
2105 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2106 {
2107         struct thread *td;
2108
2109         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2110             "prio:%d", child->td_priority);
2111         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2112         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2113         sched_exit_thread(td, child);
2114 }
2115
2116 /*
2117  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2118  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2119  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2120  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2121  */
2122 void
2123 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2124 {
2125
2126         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2127             "prio:%d", child->td_priority);
2128         /*
2129          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2130          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2131          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2132          */
2133         thread_lock(td);
2134         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2135         sched_interact_update(td);
2136         sched_priority(td);
2137         thread_unlock(td);
2138 }
2139
2140 void
2141 sched_preempt(struct thread *td)
2142 {
2143         struct tdq *tdq;
2144
2145         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2146
2147         thread_lock(td);
2148         tdq = TDQ_SELF();
2149         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2150         tdq->tdq_ipipending = 0;
2151         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2152                 int flags;
2153
2154                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2155                 if (td->td_critnest > 1)
2156                         td->td_owepreempt = 1;
2157                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2158                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2159                 else
2160                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2161         }
2162         thread_unlock(td);
2163 }
2164
2165 /*
2166  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2167  * to static priorities in msleep() or similar.
2168  */
2169 void
2170 sched_userret(struct thread *td)
2171 {
2172         /*
2173          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2174          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2175          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2176          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2177          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2178          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2179          * it perfectly here.
2180          */
2181         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2182             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2183         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2184                 thread_lock(td);
2185                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2186                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2187                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2188                 thread_unlock(td);
2189         }
2190 }
2191
2192 /*
2193  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2194  * threads.
2195  */
2196 void
2197 sched_clock(struct thread *td)
2198 {
2199         struct tdq *tdq;
2200         struct td_sched *ts;
2201
2202         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2203         tdq = TDQ_SELF();
2204 #ifdef SMP
2205         /*
2206          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2207          */
2208         if (balance_tdq == tdq) {
2209                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2210                         sched_balance();
2211         }
2212 #endif
2213         /*
2214          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2215          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2216          * If there is some activity seed it to reflect that.
2217          */
2218         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2219         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2220         /*
2221          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2222          * threads get a chance to run.
2223          */
2224         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2225                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2226                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2227                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2228         }
2229         ts = td->td_sched;
2230         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2231         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2232                 return;
2233         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2234                 /*
2235                  * We used a tick; charge it to the thread so
2236                  * that we can compute our interactivity.
2237                  */
2238                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2239                 sched_interact_update(td);
2240                 sched_priority(td);
2241         }
2242
2243         /*
2244          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2245          * time slice (default is 100ms).
2246          */
2247         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && ++ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2248                 ts->ts_slice = 0;
2249                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2250         }
2251 }
2252
2253 /*
2254  * Called once per hz tick.
2255  */
2256 void
2257 sched_tick(int cnt)
2258 {
2259
2260 }
2261
2262 /*
2263  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2264  * cooperative idle threads.
2265  */
2266 int
2267 sched_runnable(void)
2268 {
2269         struct tdq *tdq;
2270         int load;
2271
2272         load = 1;
2273
2274         tdq = TDQ_SELF();
2275         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2276                 if (tdq->tdq_load > 0)
2277                         goto out;
2278         } else
2279                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2280                         goto out;
2281         load = 0;
2282 out:
2283         return (load);
2284 }
2285
2286 /*
2287  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2288  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2289  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2290  */
2291 struct thread *
2292 sched_choose(void)
2293 {
2294         struct thread *td;
2295         struct tdq *tdq;
2296
2297         tdq = TDQ_SELF();
2298         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2299         td = tdq_choose(tdq);
2300         if (td) {
2301                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2302                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2303                 return (td);
2304         }
2305         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2306         return (PCPU_GET(idlethread));
2307 }
2308
2309 /*
2310  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2311  * we always request it once we exit a critical section.
2312  */
2313 static inline void
2314 sched_setpreempt(struct thread *td)
2315 {
2316         struct thread *ctd;
2317         int cpri;
2318         int pri;
2319
2320         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2321
2322         ctd = curthread;
2323         pri = td->td_priority;
2324         cpri = ctd->td_priority;
2325         if (pri < cpri)
2326                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2327         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2328                 return;
2329         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2330                 return;
2331         ctd->td_owepreempt = 1;
2332 }
2333
2334 /*
2335  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2336  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2337  * predetermined.
2338  */
2339 void
2340 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2341 {
2342
2343         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2344         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2345             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2346         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2347             ("sched_add: bad thread state"));
2348         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2349             ("sched_add: thread swapped out"));
2350
2351         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2352                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2353         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2354         tdq_load_add(tdq, td);
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2359  * preemption or IPI a remote processor if required.
2360  */
2361 void
2362 sched_add(struct thread *td, int flags)
2363 {
2364         struct tdq *tdq;
2365 #ifdef SMP
2366         int cpu;
2367 #endif
2368
2369         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2370             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2371             sched_tdname(curthread));
2372         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2373             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2374         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2375             flags & SRQ_PREEMPTED);
2376         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2377         /*
2378          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2379          * run-queue.
2380          */
2381         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2382                 sched_priority(td);
2383 #ifdef SMP
2384         /*
2385          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2386          * target cpu.
2387          */
2388         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2389         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2390         tdq_add(tdq, td, flags);
2391         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2392                 tdq_notify(tdq, td);
2393                 return;
2394         }
2395 #else
2396         tdq = TDQ_SELF();
2397         TDQ_LOCK(tdq);
2398         /*
2399          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2400          * to the scheduler's lock.
2401          */
2402         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2403         tdq_add(tdq, td, flags);
2404 #endif
2405         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2406                 sched_setpreempt(td);
2407 }
2408
2409 /*
2410  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2411  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2412  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2413  */
2414 void
2415 sched_rem(struct thread *td)
2416 {
2417         struct tdq *tdq;
2418
2419         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2420             "prio:%d", td->td_priority);
2421         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2422         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2423         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2424         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2425         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2426             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2427         tdq_runq_rem(tdq, td);
2428         tdq_load_rem(tdq, td);
2429         TD_SET_CAN_RUN(td);
2430         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2431                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2436  */
2437 fixpt_t
2438 sched_pctcpu(struct thread *td)
2439 {
2440         fixpt_t pctcpu;
2441         struct td_sched *ts;
2442
2443         pctcpu = 0;
2444         ts = td->td_sched;
2445         if (ts == NULL)
2446                 return (0);
2447
2448         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2449         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2450         if (ts->ts_ticks) {
2451                 int rtick;
2452
2453                 /* How many rtick per second ? */
2454                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2455                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2456         }
2457
2458         return (pctcpu);
2459 }
2460
2461 /*
2462  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2463  * cpumask.
2464  */
2465 void
2466 sched_affinity(struct thread *td)
2467 {
2468 #ifdef SMP
2469         struct td_sched *ts;
2470
2471         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2472         ts = td->td_sched;
2473         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2474                 return;
2475         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2476                 sched_rem(td);
2477                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2478                 return;
2479         }
2480         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2481                 return;
2482         /*
2483          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2484          * target thread is not running locally send an ipi to force
2485          * the issue.
2486          */
2487         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2488         if (td != curthread)
2489                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2490 #endif
2491 }
2492
2493 /*
2494  * Bind a thread to a target cpu.
2495  */
2496 void
2497 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2498 {
2499         struct td_sched *ts;
2500
2501         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2502         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2503         ts = td->td_sched;
2504         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2505                 sched_unbind(td);
2506         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2507         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2508         sched_pin();
2509         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2510                 return;
2511         ts->ts_cpu = cpu;
2512         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2513         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2514 }
2515
2516 /*
2517  * Release a bound thread.
2518  */
2519 void
2520 sched_unbind(struct thread *td)
2521 {
2522         struct td_sched *ts;
2523
2524         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2525         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2526         ts = td->td_sched;
2527         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2528                 return;
2529         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2530         sched_unpin();
2531 }
2532
2533 int
2534 sched_is_bound(struct thread *td)
2535 {
2536         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2537         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2538 }
2539
2540 /*
2541  * Basic yield call.
2542  */
2543 void
2544 sched_relinquish(struct thread *td)
2545 {
2546         thread_lock(td);
2547         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2548         thread_unlock(td);
2549 }
2550
2551 /*
2552  * Return the total system load.
2553  */
2554 int
2555 sched_load(void)
2556 {
2557 #ifdef SMP
2558         int total;
2559         int i;
2560
2561         total = 0;
2562         CPU_FOREACH(i)
2563                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2564         return (total);
2565 #else
2566         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2567 #endif
2568 }
2569
2570 int
2571 sched_sizeof_proc(void)
2572 {
2573         return (sizeof(struct proc));
2574 }
2575
2576 int
2577 sched_sizeof_thread(void)
2578 {
2579         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2580 }
2581
2582 #ifdef SMP
2583 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2584     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2585 #else
2586 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2587 #endif
2588
2589 /*
2590  * The actual idle process.
2591  */
2592 void
2593 sched_idletd(void *dummy)
2594 {
2595         struct thread *td;
2596         struct tdq *tdq;
2597         int oldswitchcnt, switchcnt;
2598         int i;
2599
2600         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2601         td = curthread;
2602         tdq = TDQ_SELF();
2603         THREAD_NO_SLEEPING();
2604         oldswitchcnt = -1;
2605         for (;;) {
2606                 if (tdq->tdq_load) {
2607                         thread_lock(td);
2608                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2609                         thread_unlock(td);
2610                 }
2611                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2612 #ifdef SMP
2613                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2614                         oldswitchcnt = switchcnt;
2615                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2616                                 continue;
2617                 }
2618                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2619 #else
2620                 oldswitchcnt = switchcnt;
2621 #endif
2622                 /*
2623                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2624                  * for load rather than entering a low power state that 
2625                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2626                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2627                  * cycles from cores doing useful work.
2628                  */
2629                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2630                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2631                                 if (tdq->tdq_load)
2632                                         break;
2633                                 cpu_spinwait();
2634                         }
2635                 }
2636
2637                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2638                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2639                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2640                         continue;
2641
2642                 /* Run main MD idle handler. */
2643                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2644                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2645                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2646
2647                 /*
2648                  * Account thread-less hardware interrupts and
2649                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2650                  */
2651                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2652                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2653                         continue;
2654                 tdq->tdq_switchcnt++;
2655                 oldswitchcnt++;
2656         }
2657 }
2658
2659 /*
2660  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2661  */
2662 void
2663 sched_throw(struct thread *td)
2664 {
2665         struct thread *newtd;
2666         struct tdq *tdq;
2667
2668         tdq = TDQ_SELF();
2669         if (td == NULL) {
2670                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2671                 TDQ_LOCK(tdq);
2672                 spinlock_exit();
2673                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2674                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2675         } else {
2676                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2677                 tdq_load_rem(tdq, td);
2678                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2679         }
2680         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2681         newtd = choosethread();
2682         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2683         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2684 }
2685
2686 /*
2687  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2688  * let fork do the rest of the work.
2689  */
2690 void
2691 sched_fork_exit(struct thread *td)
2692 {
2693         struct td_sched *ts;
2694         struct tdq *tdq;
2695         int cpuid;
2696
2697         /*
2698          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2699          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2700          */
2701         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2702         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2703         ts = td->td_sched;
2704         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2705                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2706         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2707         td->td_oncpu = cpuid;
2708         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2709         lock_profile_obtain_lock_success(
2710             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2711 }
2712
2713 /*
2714  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2715  */
2716 char *
2717 sched_tdname(struct thread *td)
2718 {
2719 #ifdef KTR
2720         struct td_sched *ts;
2721
2722         ts = td->td_sched;
2723         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2724                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2725                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2726         return (ts->ts_name);
2727 #else
2728         return (td->td_name);
2729 #endif
2730 }
2731
2732 #ifdef KTR
2733 void
2734 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2735 {
2736         struct td_sched *ts;
2737
2738         ts = td->td_sched;
2739         ts->ts_name[0] = '\0';
2740 }
2741 #endif
2742
2743 #ifdef SMP
2744
2745 /*
2746  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2747  * the topology tree.
2748  */
2749 static int
2750 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2751     int indent)
2752 {
2753         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2754         int i, first;
2755
2756         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2757             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2758         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2759             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2760         first = TRUE;
2761         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2762                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2763                         if (!first)
2764                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2765                         else
2766                                 first = FALSE;
2767                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2768                 }
2769         }
2770         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2771
2772         if (cg->cg_flags != 0) {
2773                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2774                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2775                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2776                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2777                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2778                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2779                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2780                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2781         }
2782
2783         if (cg->cg_children > 0) {
2784                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2785                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2786                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2787                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2788                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2789         }
2790         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2791         return (0);
2792 }
2793
2794 /*
2795  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2796  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2797  */
2798 static int
2799 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2800 {
2801         struct sbuf *topo;
2802         int err;
2803
2804         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2805
2806         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2807         if (topo == NULL)
2808                 return (ENOMEM);
2809
2810         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2811         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2812         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2813
2814         if (err == 0) {
2815                 sbuf_finish(topo);
2816                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2817         }
2818         sbuf_delete(topo);
2819         return (err);
2820 }
2821
2822 #endif
2823
2824 static int
2825 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2826 {
2827         int error, new_val, period;
2828
2829         period = 1000000 / realstathz;
2830         new_val = period * sched_slice;
2831         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2832         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2833                 return (error);
2834         if (new_val <= 0)
2835                 return (EINVAL);
2836         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2837         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
2838         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2839             realstathz);
2840         return (0);
2841 }
2842
2843 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2844 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2845     "Scheduler name");
2846 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2847     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2848     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2849 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2850     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2851 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2852     "Interactivity score threshold");
2853 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2854     &preempt_thresh, 0,
2855     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2856 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2857     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2858 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2859     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2860 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2861     &sched_idlespinthresh, 0,
2862     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2863 #ifdef SMP
2864 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2865     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2866 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2867     "Enables the long-term load balancer");
2868 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2869     &balance_interval, 0,
2870     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2871 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2872     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2873 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2874     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2875 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2876     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2877     "XML dump of detected CPU topology");
2878 #endif
2879
2880 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2881 static int ccpu = 0;
2882 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");