]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
Merge bmake-20150418
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_sched.h"
43
44 #include <sys/param.h>
45 #include <sys/systm.h>
46 #include <sys/kdb.h>
47 #include <sys/kernel.h>
48 #include <sys/ktr.h>
49 #include <sys/limits.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtx.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int                             dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #define KTR_ULE 0
81
82 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
83 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
84 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
85
86 /*
87  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
88  * by the thread lock.
89  */
90 struct td_sched {       
91         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
92         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
93         int             ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
94         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
95         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
96         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
97         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
98         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
99         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
100         int             ts_ticks;       /* Tick count */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105 /* flags kept in ts_flags */
106 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
107 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
108
109 static struct td_sched td_sched0;
110
111 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
112 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
113     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
114
115 /*
116  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
117  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
118  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
119  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
120  * ranges supporting nice values.
121  */
122 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
123 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
124 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
125
126 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
127 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
128 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
129 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
130
131 /*
132  * Cpu percentage computation macros and defines.
133  *
134  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
135  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
136  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
137  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
138  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
139  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
140  */
141 #define SCHED_TICK_SECS         10
142 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
143 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
144 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
145 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
146 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
147
148 /*
149  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
150  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
151  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
152  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
153  * or positive nice respectively.
154  *
155  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
156  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
157  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
158  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
159  */
160 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
161 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
162 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
163 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
164 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
165 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
166     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
167     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
168 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
169
170 /*
171  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
172  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
173  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
174  * models the intent of the thread.
175  *
176  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
177  *              before throttling back.
178  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
179  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
180  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
181  */
182 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
183 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
184 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
185 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
186 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
187
188 /*
189  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
190  */
191 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
192 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
193
194 /* Flags kept in td_flags. */
195 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
196
197 /*
198  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
199  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
200  *                      due to rounding would be unacceptably high.
201  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
202  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
203  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
204  */
205 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
206 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
207 static int realstathz = 127;    /* reset during boot. */
208 static int sched_slice = 10;    /* reset during boot. */
209 static int sched_slice_min = 1; /* reset during boot. */
210 #ifdef PREEMPTION
211 #ifdef FULL_PREEMPTION
212 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
213 #else
214 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
215 #endif
216 #else 
217 static int preempt_thresh = 0;
218 #endif
219 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
220 static int sched_idlespins = 10000;
221 static int sched_idlespinthresh = -1;
222
223 /*
224  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
225  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
226  * locking in sched_pickcpu();
227  */
228 struct tdq {
229         /* 
230          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
231          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
232          * tdq_cpu_idle.
233          */
234         struct mtx_padalign tdq_lock;           /* run queue lock. */
235         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
236         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
237         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
238         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
239         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
240         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
241         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
242         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
243         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
244         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
245         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
246         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
247         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
248         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
249         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
250 #ifdef KTR
251         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
252 #endif
253 } __aligned(64);
254
255 /* Idle thread states and config. */
256 #define TDQ_RUNNING     1
257 #define TDQ_IDLE        2
258
259 #ifdef SMP
260 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
261
262 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
263 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
264
265 /*
266  * Run-time tunables.
267  */
268 static int rebalance = 1;
269 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
270 static int affinity;
271 static int steal_idle = 1;
272 static int steal_thresh = 2;
273
274 /*
275  * One thread queue per processor.
276  */
277 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
278 static struct tdq       *balance_tdq;
279 static int balance_ticks;
280 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
281
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
284 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
285 #else   /* !SMP */
286 static struct tdq       tdq_cpu;
287
288 #define TDQ_ID(x)       (0)
289 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
290 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
291 #endif
292
293 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
294 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
295 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
296 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
297 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
298
299 static void sched_priority(struct thread *);
300 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
301 static int sched_interact_score(struct thread *);
302 static void sched_interact_update(struct thread *);
303 static void sched_interact_fork(struct thread *);
304 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
305
306 /* Operations on per processor queues */
307 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
308 static void tdq_setup(struct tdq *);
309 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
310 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
311 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
312 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
313 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
314 void tdq_print(int cpu);
315 static void runq_print(struct runq *rq);
316 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
317 #ifdef SMP
318 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
319 static int tdq_idled(struct tdq *);
320 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
321 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
322 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
323 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
324 static void sched_balance(void);
325 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
326 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
327 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
328 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
329 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
330 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
331     struct cpu_group *cg, int indent);
332 #endif
333
334 static void sched_setup(void *dummy);
335 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
336
337 static void sched_initticks(void *dummy);
338 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
339     NULL);
340
341 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
342
343 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
344     "struct proc *", "uint8_t");
345 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
346     "struct proc *", "void *");
347 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
348     "struct proc *", "void *", "int");
349 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
350     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
351 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
352 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
353     "struct proc *");
354 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
355 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
356 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
357     "struct proc *");
358
359 #ifdef SMP
360 /*
361  * We need some randomness. Implement the classic Linear Congruential
362  * generator X_{n+1}=(aX_n+c) mod m. These values are optimized for
363  * m = 2^32, a = 69069 and c = 5. We only return the upper 16 bits
364  * of the random state (in the low bits of our answer) to return
365  * the maximum randomness.
366  */
367 static uint32_t
368 sched_random(void) 
369 {
370         uint32_t *rndptr;
371
372         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
373         *rndptr = *rndptr * 69069 + 5;
374
375         return (*rndptr >> 16);
376
377 #endif
378
379 /*
380  * Print the threads waiting on a run-queue.
381  */
382 static void
383 runq_print(struct runq *rq)
384 {
385         struct rqhead *rqh;
386         struct thread *td;
387         int pri;
388         int j;
389         int i;
390
391         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
392                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
393                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
394                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
395                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
396                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
397                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
398                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
399                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
400                                             td, td->td_name, td->td_priority,
401                                             td->td_rqindex, pri);
402                                 }
403                         }
404         }
405 }
406
407 /*
408  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
409  */
410 void
411 tdq_print(int cpu)
412 {
413         struct tdq *tdq;
414
415         tdq = TDQ_CPU(cpu);
416
417         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
418         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
419         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
420         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
421         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
422         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
423         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
424         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
425         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
426         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
427         printf("\trealtime runq:\n");
428         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
429         printf("\ttimeshare runq:\n");
430         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
431         printf("\tidle runq:\n");
432         runq_print(&tdq->tdq_idle);
433 }
434
435 static inline int
436 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
437 {
438         /*
439          * If the new priority is not better than the current priority there is
440          * nothing to do.
441          */
442         if (pri >= cpri)
443                 return (0);
444         /*
445          * Always preempt idle.
446          */
447         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
448                 return (1);
449         /*
450          * If preemption is disabled don't preempt others.
451          */
452         if (preempt_thresh == 0)
453                 return (0);
454         /*
455          * Preempt if we exceed the threshold.
456          */
457         if (pri <= preempt_thresh)
458                 return (1);
459         /*
460          * If we're interactive or better and there is non-interactive
461          * or worse running preempt only remote processors.
462          */
463         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
464                 return (1);
465         return (0);
466 }
467
468 /*
469  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
470  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
471  * queue position for timeshare threads.
472  */
473 static __inline void
474 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
475 {
476         struct td_sched *ts;
477         u_char pri;
478
479         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
480         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
481
482         pri = td->td_priority;
483         ts = td->td_sched;
484         TD_SET_RUNQ(td);
485         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
486                 tdq->tdq_transferable++;
487                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
488         }
489         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
490                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
491         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
492                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
493                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
494                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
495                 /*
496                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
497                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
498                  */
499                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
500                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
501                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
502                         /*
503                          * This effectively shortens the queue by one so we
504                          * can have a one slot difference between idx and
505                          * ridx while we wait for threads to drain.
506                          */
507                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
508                             pri == tdq->tdq_ridx)
509                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
510                 } else
511                         pri = tdq->tdq_ridx;
512                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
513                 return;
514         } else
515                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
516         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
517 }
518
519 /* 
520  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
521  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
522  * transferable count does not reflect them.
523  */
524 static __inline void
525 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
526 {
527         struct td_sched *ts;
528
529         ts = td->td_sched;
530         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
531         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
532             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
533         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
534                 tdq->tdq_transferable--;
535                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
536         }
537         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
538                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
539                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
540                 else
541                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
542         } else
543                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
544 }
545
546 /*
547  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
548  * for this thread to the referenced thread queue.
549  */
550 static void
551 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
552 {
553
554         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
555         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
556
557         tdq->tdq_load++;
558         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
559                 tdq->tdq_sysload++;
560         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
561         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
562 }
563
564 /*
565  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
566  * exiting.
567  */
568 static void
569 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
570 {
571
572         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
573         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
574         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
575             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
576
577         tdq->tdq_load--;
578         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
579                 tdq->tdq_sysload--;
580         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
581         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
582 }
583
584 /*
585  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
586  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
587  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
588  * no less than sched_slice_min runtime.
589  */
590 static inline int
591 tdq_slice(struct tdq *tdq)
592 {
593         int load;
594
595         /*
596          * It is safe to use sys_load here because this is called from
597          * contexts where timeshare threads are running and so there
598          * cannot be higher priority load in the system.
599          */
600         load = tdq->tdq_sysload - 1;
601         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
602                 return (sched_slice_min);
603         if (load <= 1)
604                 return (sched_slice);
605         return (sched_slice / load);
606 }
607
608 /*
609  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
610  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
611  */
612 static void
613 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
614 {
615         struct thread *td;
616
617         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
618         if (ctd == NULL)
619                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
620         td = tdq_choose(tdq);
621         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
622                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
623         else
624                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
625 }
626
627 #ifdef SMP
628 struct cpu_search {
629         cpuset_t cs_mask;
630         u_int   cs_prefer;
631         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
632         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
633         int     cs_cpu;
634         int     cs_load;
635 };
636
637 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
638 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
639 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
640
641 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
642         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
643                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
644
645 static __always_inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg,
646     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high, const int match);
647 int __noinline cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg,
648     struct cpu_search *low);
649 int __noinline cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg,
650     struct cpu_search *high);
651 int __noinline cpu_search_both(const struct cpu_group *cg,
652     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high);
653
654 /*
655  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
656  * according to the match argument.  This routine actually compares the
657  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
658  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
659  * the system.  This balances work among caches and busses.
660  *
661  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
662  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
663  * also recursive to the depth of the tree.
664  */
665 static __always_inline int
666 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
667     struct cpu_search *high, const int match)
668 {
669         struct cpu_search lgroup;
670         struct cpu_search hgroup;
671         cpuset_t cpumask;
672         struct cpu_group *child;
673         struct tdq *tdq;
674         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd;
675
676         total = 0;
677         cpumask = cg->cg_mask;
678         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
679                 lload = INT_MAX;
680                 lgroup = *low;
681         }
682         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
683                 hload = INT_MIN;
684                 hgroup = *high;
685         }
686
687         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
688         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
689                 if (i == 0) {
690 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
691                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
692 #else
693                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
694                                 cpu--;
695 #endif
696                         if (cpu < 0)
697                                 break;
698                         child = NULL;
699                 } else
700                         child = &cg->cg_child[i - 1];
701
702                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
703                         lgroup.cs_cpu = -1;
704                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
705                         hgroup.cs_cpu = -1;
706                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
707                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
708                         switch (match) {
709                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
710                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
711                                 break;
712                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
713                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
714                                 break;
715                         case CPU_SEARCH_BOTH:
716                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
717                                 break;
718                         }
719                 } else {                        /* Handle child CPU. */
720                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
721                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
722                         load = tdq->tdq_load * 256;
723                         rnd = sched_random() % 32;
724                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
725                                 if (cpu == low->cs_prefer)
726                                         load -= 64;
727                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
728                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
729                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
730                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
731                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
732                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
733                                 }
734                         }
735                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
736                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
737                                     tdq->tdq_transferable &&
738                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
739                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
740                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
741                                 }
742                 }
743                 total += load;
744
745                 /* We have info about child item. Compare it. */
746                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
747                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
748                             (load < lload ||
749                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
750                                 lload = load;
751                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
752                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
753                         }
754                 }
755                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
756                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
757                             (load > hload ||
758                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
759                                 hload = load;
760                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
761                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
762                         }
763                 if (child) {
764                         i--;
765                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
766                                 break;
767                 }
768 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
769                 else
770                         cpu--;
771 #endif
772         }
773         return (total);
774 }
775
776 /*
777  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
778  * optimization.
779  */
780 int
781 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
782 {
783         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
784 }
785
786 int
787 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
788 {
789         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
790 }
791
792 int
793 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
794     struct cpu_search *high)
795 {
796         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
797 }
798
799 /*
800  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
801  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
802  * acceptable.
803  */
804 static inline int
805 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
806     int prefer)
807 {
808         struct cpu_search low;
809
810         low.cs_cpu = -1;
811         low.cs_prefer = prefer;
812         low.cs_mask = mask;
813         low.cs_pri = pri;
814         low.cs_limit = maxload;
815         cpu_search_lowest(cg, &low);
816         return low.cs_cpu;
817 }
818
819 /*
820  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
821  */
822 static inline int
823 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
824 {
825         struct cpu_search high;
826
827         high.cs_cpu = -1;
828         high.cs_mask = mask;
829         high.cs_limit = minload;
830         cpu_search_highest(cg, &high);
831         return high.cs_cpu;
832 }
833
834 static void
835 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
836 {
837         cpuset_t hmask, lmask;
838         int high, low, anylow;
839
840         CPU_FILL(&hmask);
841         for (;;) {
842                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
843                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
844                 if (high == -1)
845                         break;
846                 CPU_CLR(high, &hmask);
847                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
848                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
849                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
850                         break;
851                 anylow = 1;
852 nextlow:
853                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
854                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
855                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
856                 if (anylow && low == -1)
857                         break;
858                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
859                 if (low == -1)
860                         continue;
861                 /* Transfer thread from high to low. */
862                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
863                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
864                         CPU_CLR(low, &hmask);
865                 } else {
866                         /*
867                          * If failed, then there is no threads on high
868                          * that can run on this low. Drop low from low
869                          * mask and look for different one.
870                          */
871                         CPU_CLR(low, &lmask);
872                         anylow = 0;
873                         goto nextlow;
874                 }
875         }
876 }
877
878 static void
879 sched_balance(void)
880 {
881         struct tdq *tdq;
882
883         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
884                 return;
885
886         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1) +
887             (sched_random() % balance_interval);
888         tdq = TDQ_SELF();
889         TDQ_UNLOCK(tdq);
890         sched_balance_group(cpu_top);
891         TDQ_LOCK(tdq);
892 }
893
894 /*
895  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
896  */
897 static void
898 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
899 {
900         if (one < two) {
901                 TDQ_LOCK(one);
902                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
903         } else {
904                 TDQ_LOCK(two);
905                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
906         }
907 }
908
909 /*
910  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
911  */
912 static void
913 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
914 {
915         TDQ_UNLOCK(one);
916         TDQ_UNLOCK(two);
917 }
918
919 /*
920  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
921  */
922 static int
923 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
924 {
925         int moved;
926         int cpu;
927
928         tdq_lock_pair(high, low);
929         moved = 0;
930         /*
931          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
932          * threads we actually have to give up (transferable).
933          */
934         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
935             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
936                 /*
937                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
938                  * reschedule with the new workload.
939                  */
940                 cpu = TDQ_ID(low);
941                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
942                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
943         }
944         tdq_unlock_pair(high, low);
945         return (moved);
946 }
947
948 /*
949  * Move a thread from one thread queue to another.
950  */
951 static int
952 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
953 {
954         struct td_sched *ts;
955         struct thread *td;
956         struct tdq *tdq;
957         int cpu;
958
959         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
960         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
961
962         tdq = from;
963         cpu = TDQ_ID(to);
964         td = tdq_steal(tdq, cpu);
965         if (td == NULL)
966                 return (0);
967         ts = td->td_sched;
968         /*
969          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
970          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
971          */
972         thread_lock(td);
973         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
974         TDQ_UNLOCK(from);
975         sched_rem(td);
976         ts->ts_cpu = cpu;
977         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
978         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
979         return (1);
980 }
981
982 /*
983  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
984  * to it.
985  */
986 static int
987 tdq_idled(struct tdq *tdq)
988 {
989         struct cpu_group *cg;
990         struct tdq *steal;
991         cpuset_t mask;
992         int thresh;
993         int cpu;
994
995         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
996                 return (1);
997         CPU_FILL(&mask);
998         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
999         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
1000         spinlock_enter();
1001         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
1002                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
1003                         thresh = steal_thresh;
1004                 else
1005                         thresh = 1;
1006                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
1007                 if (cpu == -1) {
1008                         cg = cg->cg_parent;
1009                         continue;
1010                 }
1011                 steal = TDQ_CPU(cpu);
1012                 CPU_CLR(cpu, &mask);
1013                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
1014                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
1015                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1016                         continue;
1017                 }
1018                 /*
1019                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
1020                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
1021                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
1022                  * set.
1023                  */
1024                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1025                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1026                         continue;
1027                 }
1028                 spinlock_exit();
1029                 TDQ_UNLOCK(steal);
1030                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1031                 thread_unlock(curthread);
1032
1033                 return (0);
1034         }
1035         spinlock_exit();
1036         return (1);
1037 }
1038
1039 /*
1040  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1041  */
1042 static void
1043 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1044 {
1045         struct thread *ctd;
1046         int pri;
1047         int cpu;
1048
1049         if (tdq->tdq_ipipending)
1050                 return;
1051         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1052         pri = td->td_priority;
1053         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1054         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1055                 return;
1056
1057         /*
1058          * Make sure that our caller's earlier update to tdq_load is
1059          * globally visible before we read tdq_cpu_idle.  Idle thread
1060          * accesses both of them without locks, and the order is important.
1061          */
1062         mb();
1063
1064         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1065                 /*
1066                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1067                  * falling back to IPI.
1068                  */
1069                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1070                         return;
1071         }
1072         tdq->tdq_ipipending = 1;
1073         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1074 }
1075
1076 /*
1077  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1078  * index.
1079  */
1080 static struct thread *
1081 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1082 {
1083         struct rqbits *rqb;
1084         struct rqhead *rqh;
1085         struct thread *td, *first;
1086         int bit;
1087         int i;
1088
1089         rqb = &rq->rq_status;
1090         bit = start & (RQB_BPW -1);
1091         first = NULL;
1092 again:
1093         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1094                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1095                         continue;
1096                 if (bit == 0)
1097                         bit = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1098                 for (; bit < RQB_BPW; bit++) {
1099                         if ((rqb->rqb_bits[i] & (1ul << bit)) == 0)
1100                                 continue;
1101                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (i << RQB_L2BPW)];
1102                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1103                                 if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1104                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1105                                         return (td);
1106                                 first = td;
1107                         }
1108                 }
1109         }
1110         if (start != 0) {
1111                 start = 0;
1112                 goto again;
1113         }
1114
1115         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1116             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1117                 return (first);
1118         return (NULL);
1119 }
1120
1121 /*
1122  * Steals load from a standard linear queue.
1123  */
1124 static struct thread *
1125 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1126 {
1127         struct rqhead *rqh;
1128         struct rqbits *rqb;
1129         struct thread *td;
1130         int word;
1131         int bit;
1132
1133         rqb = &rq->rq_status;
1134         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1135                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1136                         continue;
1137                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1138                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1139                                 continue;
1140                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1141                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1142                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1143                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1144                                         return (td);
1145                 }
1146         }
1147         return (NULL);
1148 }
1149
1150 /*
1151  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1152  */
1153 static struct thread *
1154 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1155 {
1156         struct thread *td;
1157
1158         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1159         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1160                 return (td);
1161         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1162             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1163                 return (td);
1164         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1165 }
1166
1167 /*
1168  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1169  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1170  */
1171 static inline struct tdq *
1172 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1173 {
1174
1175         struct tdq *tdq;
1176
1177         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1178         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1179         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1180         /*
1181          * If the lock matches just return the queue.
1182          */
1183         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1184                 return (tdq);
1185 #ifdef notyet
1186         /*
1187          * If the thread isn't running its lockptr is a
1188          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1189          * blocking.
1190          */
1191         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1192                 TDQ_LOCK(tdq);
1193                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1194                 return (tdq);
1195         }
1196 #endif
1197         /*
1198          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1199          * prevent order reversals with other cpus locks.
1200          */
1201         spinlock_enter();
1202         thread_lock_block(td);
1203         TDQ_LOCK(tdq);
1204         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1205         spinlock_exit();
1206         return (tdq);
1207 }
1208
1209 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1210 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1211 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1212 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1213 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1214 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1215
1216 static int
1217 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1218 {
1219         struct cpu_group *cg, *ccg;
1220         struct td_sched *ts;
1221         struct tdq *tdq;
1222         cpuset_t mask;
1223         int cpu, pri, self;
1224
1225         self = PCPU_GET(cpuid);
1226         ts = td->td_sched;
1227         if (smp_started == 0)
1228                 return (self);
1229         /*
1230          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1231          */
1232         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1233                 return (ts->ts_cpu);
1234         /*
1235          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1236          * the interrupt.
1237          */
1238         pri = td->td_priority;
1239         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1240             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1241                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1242                 ts->ts_cpu = self;
1243                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1244                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1245                         return (ts->ts_cpu);
1246                 }
1247         }
1248         /*
1249          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1250          * expired or it is idle run it there.
1251          */
1252         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1253         cg = tdq->tdq_cg;
1254         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1255             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1256             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1257                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1258                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1259                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1260                                         break;
1261                         }
1262                 } else
1263                         cpu = INT_MAX;
1264                 if (cpu > mp_maxid) {
1265                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1266                         return (ts->ts_cpu);
1267                 }
1268         }
1269         /*
1270          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1271          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1272          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1273          */
1274         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1275                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1276                         continue;
1277                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1278                         continue;
1279                 ccg = cg;
1280         }
1281         if (ccg != NULL)
1282                 cg = ccg;
1283         cpu = -1;
1284         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1285         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1286         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1287             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1288                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1289                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1290         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1291         if (cpu == -1)
1292                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1293         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1294         if (cpu == -1)
1295                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1296         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1297         /*
1298          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1299          */
1300         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1301             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1302             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1303                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1304                 cpu = self;
1305         } else
1306                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1307         if (cpu != ts->ts_cpu)
1308                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1309         return (cpu);
1310 }
1311 #endif
1312
1313 /*
1314  * Pick the highest priority task we have and return it.
1315  */
1316 static struct thread *
1317 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1318 {
1319         struct thread *td;
1320
1321         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1322         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1323         if (td != NULL)
1324                 return (td);
1325         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1326         if (td != NULL) {
1327                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1328                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1329                     td->td_priority));
1330                 return (td);
1331         }
1332         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1333         if (td != NULL) {
1334                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1335                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1336                     td->td_priority));
1337                 return (td);
1338         }
1339
1340         return (NULL);
1341 }
1342
1343 /*
1344  * Initialize a thread queue.
1345  */
1346 static void
1347 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1348 {
1349
1350         if (bootverbose)
1351                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1352         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1353         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1354         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1355         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1356             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1357         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1358             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1359 #ifdef KTR
1360         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1361             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1362 #endif
1363 }
1364
1365 #ifdef SMP
1366 static void
1367 sched_setup_smp(void)
1368 {
1369         struct tdq *tdq;
1370         int i;
1371
1372         cpu_top = smp_topo();
1373         CPU_FOREACH(i) {
1374                 tdq = TDQ_CPU(i);
1375                 tdq_setup(tdq);
1376                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1377                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1378                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1379         }
1380         balance_tdq = TDQ_SELF();
1381         sched_balance();
1382 }
1383 #endif
1384
1385 /*
1386  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1387  * information.
1388  */
1389 static void
1390 sched_setup(void *dummy)
1391 {
1392         struct tdq *tdq;
1393
1394         tdq = TDQ_SELF();
1395 #ifdef SMP
1396         sched_setup_smp();
1397 #else
1398         tdq_setup(tdq);
1399 #endif
1400
1401         /* Add thread0's load since it's running. */
1402         TDQ_LOCK(tdq);
1403         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1404         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1405         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1406         TDQ_UNLOCK(tdq);
1407 }
1408
1409 /*
1410  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1411  */
1412 /* ARGSUSED */
1413 static void
1414 sched_initticks(void *dummy)
1415 {
1416         int incr;
1417
1418         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1419         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1420         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1421         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1422             realstathz);
1423
1424         /*
1425          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1426          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1427          */
1428         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1429         /*
1430          * This does not work for values of stathz that are more than
1431          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1432          */
1433         if (incr == 0)
1434                 incr = 1;
1435         tickincr = incr;
1436 #ifdef SMP
1437         /*
1438          * Set the default balance interval now that we know
1439          * what realstathz is.
1440          */
1441         balance_interval = realstathz;
1442         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1443 #endif
1444         if (sched_idlespinthresh < 0)
1445                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1446 }
1447
1448
1449 /*
1450  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1451  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1452  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1453  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1454  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1455  */
1456 static int
1457 sched_interact_score(struct thread *td)
1458 {
1459         struct td_sched *ts;
1460         int div;
1461
1462         ts = td->td_sched;
1463         /*
1464          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1465          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1466          * no chance.
1467          */
1468         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1469                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1470                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1471
1472         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1473                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1474                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1475                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1476         }
1477         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1478                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1479                 return (ts->ts_runtime / div);
1480         }
1481         /* runtime == slptime */
1482         if (ts->ts_runtime)
1483                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1484
1485         /*
1486          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1487          */
1488         return (0);
1489
1490 }
1491
1492 /*
1493  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1494  * process.
1495  */
1496 static void
1497 sched_priority(struct thread *td)
1498 {
1499         int score;
1500         int pri;
1501
1502         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1503                 return;
1504         /*
1505          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1506          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1507          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1508          *
1509          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1510          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1511          * utilization and the rest is decided by nice value.
1512          *
1513          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1514          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1515          * considered interactive.
1516          */
1517         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1518         if (score < sched_interact) {
1519                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1520                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1521                     sched_interact) * score;
1522                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1523                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1524                     pri, score));
1525         } else {
1526                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1527                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1528                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1529                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1530                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1531                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1532                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1533                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1534                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1535                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1536                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1537         }
1538         sched_user_prio(td, pri);
1539
1540         return;
1541 }
1542
1543 /*
1544  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1545  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1546  * function is ugly due to integer math.
1547  */
1548 static void
1549 sched_interact_update(struct thread *td)
1550 {
1551         struct td_sched *ts;
1552         u_int sum;
1553
1554         ts = td->td_sched;
1555         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1556         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1557                 return;
1558         /*
1559          * This only happens from two places:
1560          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1561          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1562          */
1563         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1564                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1565                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1566                         ts->ts_slptime = 1;
1567                 } else {
1568                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1569                         ts->ts_runtime = 1;
1570                 }
1571                 return;
1572         }
1573         /*
1574          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1575          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1576          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1577          */
1578         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1579                 ts->ts_runtime /= 2;
1580                 ts->ts_slptime /= 2;
1581                 return;
1582         }
1583         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1584         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1585 }
1586
1587 /*
1588  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1589  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1590  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1591  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1592  */
1593 static void
1594 sched_interact_fork(struct thread *td)
1595 {
1596         int ratio;
1597         int sum;
1598
1599         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1600         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1601                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1602                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1603                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1604         }
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1609  */
1610 void
1611 schedinit(void)
1612 {
1613
1614         /*
1615          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1616          */
1617         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1618         thread0.td_sched = &td_sched0;
1619         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1620         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1621         td_sched0.ts_slice = 0;
1622 }
1623
1624 /*
1625  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1626  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1627  * at most sched_slice stathz ticks.
1628  */
1629 int
1630 sched_rr_interval(void)
1631 {
1632
1633         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1634         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1635 }
1636
1637 /*
1638  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1639  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1640  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1641  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1642  */
1643 static void
1644 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1645 {
1646         int t = ticks;
1647
1648         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1649                 ts->ts_ticks = 0;
1650                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1651         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1652                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1653                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1654                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1655         }
1656         if (run)
1657                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1658         ts->ts_ltick = t;
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1663  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1664  * functions.
1665  */
1666 static void
1667 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1668 {
1669         struct td_sched *ts;
1670         struct tdq *tdq;
1671         int oldpri;
1672
1673         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1674             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1675             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1676         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1677         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1678                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1679                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1680                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1681                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1682                     curthread);
1683         } 
1684         ts = td->td_sched;
1685         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1686         if (td->td_priority == prio)
1687                 return;
1688         /*
1689          * If the priority has been elevated due to priority
1690          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1691          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1692          * cases.
1693          */
1694         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1695                 sched_rem(td);
1696                 td->td_priority = prio;
1697                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1698                 return;
1699         }
1700         /*
1701          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1702          * information so other cpus are aware of our current priority.
1703          */
1704         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1705                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1706                 oldpri = td->td_priority;
1707                 td->td_priority = prio;
1708                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1709                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1710                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1711                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1712                 return;
1713         }
1714         td->td_priority = prio;
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1719  * priority.
1720  */
1721 void
1722 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1723 {
1724
1725         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1726         sched_thread_priority(td, prio);
1727 }
1728
1729 /*
1730  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1731  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1732  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1733  * requests.  If the thread's regular priority is less
1734  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1735  * of prio.
1736  */
1737 void
1738 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1739 {
1740         u_char base_pri;
1741
1742         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1743             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1744                 base_pri = td->td_user_pri;
1745         else
1746                 base_pri = td->td_base_pri;
1747         if (prio >= base_pri) {
1748                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1749                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1750         } else
1751                 sched_lend_prio(td, prio);
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1756  */
1757 void
1758 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1759 {
1760         u_char oldprio;
1761
1762         /* First, update the base priority. */
1763         td->td_base_pri = prio;
1764
1765         /*
1766          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1767          * ever lower the priority.
1768          */
1769         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1770                 return;
1771
1772         /* Change the real priority. */
1773         oldprio = td->td_priority;
1774         sched_thread_priority(td, prio);
1775
1776         /*
1777          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1778          * its state.
1779          */
1780         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1781                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1782 }
1783
1784 /*
1785  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1786  */
1787 void
1788 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1789 {
1790
1791         td->td_base_user_pri = prio;
1792         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1793                 return;
1794         td->td_user_pri = prio;
1795 }
1796
1797 void
1798 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1799 {
1800
1801         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1802         td->td_lend_user_pri = prio;
1803         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1804         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1805                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1806         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1807                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1808 }
1809
1810 /*
1811  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1812  * cpu binding.
1813  */
1814 static struct mtx *
1815 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1816 {
1817         struct tdq *tdn;
1818
1819         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1820 #ifdef SMP
1821         tdq_load_rem(tdq, td);
1822         /*
1823          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1824          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1825          * not holding either run-queue lock.
1826          */
1827         spinlock_enter();
1828         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1829
1830         /*
1831          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1832          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1833          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1834          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1835          * question while the target processor is spinning with its own
1836          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1837          */
1838         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1839         tdq_add(tdn, td, flags);
1840         tdq_notify(tdn, td);
1841         TDQ_UNLOCK(tdn);
1842         spinlock_exit();
1843 #endif
1844         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1845 }
1846
1847 /*
1848  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1849  * is blocked.
1850  */
1851 static inline void
1852 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1853 {
1854         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1855             (uintptr_t)mtx);
1856 }
1857
1858 /*
1859  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1860  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1861  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1862  * be assigned elsewhere via binding.
1863  */
1864 void
1865 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1866 {
1867         struct tdq *tdq;
1868         struct td_sched *ts;
1869         struct mtx *mtx;
1870         int srqflag;
1871         int cpuid, preempted;
1872
1873         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1874         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1875
1876         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1877         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1878         ts = td->td_sched;
1879         mtx = td->td_lock;
1880         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1881         ts->ts_rltick = ticks;
1882         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1883         td->td_oncpu = NOCPU;
1884         preempted = !((td->td_flags & TDF_SLICEEND) ||
1885             (flags & SWT_RELINQUISH));
1886         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1887         td->td_owepreempt = 0;
1888         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1889                 tdq->tdq_switchcnt++;
1890         /*
1891          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1892          * to CAN_RUN as well.
1893          */
1894         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1895                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1896                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1897         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1898                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1899                 srqflag = preempted ?
1900                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1901                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1902 #ifdef SMP
1903                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1904                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1905 #endif
1906                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1907                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1908                 else {
1909                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1910                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1911                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1912                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1913                 }
1914         } else {
1915                 /* This thread must be going to sleep. */
1916                 TDQ_LOCK(tdq);
1917                 mtx = thread_lock_block(td);
1918                 tdq_load_rem(tdq, td);
1919         }
1920         /*
1921          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1922          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1923          * thread-queue locked.
1924          */
1925         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1926         newtd = choosethread();
1927         /*
1928          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1929          */
1930         if (td != newtd) {
1931 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1932                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1933                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1934 #endif
1935                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1936                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1937                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1938                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1939
1940 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1941                 /*
1942                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1943                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1944                  * function to call.
1945                  */
1946                 if (dtrace_vtime_active)
1947                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1948 #endif
1949
1950                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1951                 /*
1952                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1953                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1954                  * run queue lock.
1955                  */
1956                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1957                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1958                 lock_profile_obtain_lock_success(
1959                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1960
1961                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1962 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1963                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1964                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1965 #endif
1966         } else {
1967                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1968                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1969         }
1970         /*
1971          * Assert that all went well and return.
1972          */
1973         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1974         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1975         td->td_oncpu = cpuid;
1976 }
1977
1978 /*
1979  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1980  */
1981 void
1982 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1983 {
1984         struct thread *td;
1985
1986         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1987
1988         p->p_nice = nice;
1989         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1990                 thread_lock(td);
1991                 sched_priority(td);
1992                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1993                 thread_unlock(td);
1994         }
1995 }
1996
1997 /*
1998  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1999  */
2000 void
2001 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
2002 {
2003
2004         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2005
2006         td->td_slptick = ticks;
2007         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
2008                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
2009         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
2010                 return;
2011         if (static_boost == 1 && prio)
2012                 sched_prio(td, prio);
2013         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
2014                 sched_prio(td, static_boost);
2015 }
2016
2017 /*
2018  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2019  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2020  */
2021 void
2022 sched_wakeup(struct thread *td)
2023 {
2024         struct td_sched *ts;
2025         int slptick;
2026
2027         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2028         ts = td->td_sched;
2029         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2030         /*
2031          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2032          * priority.
2033          */
2034         slptick = td->td_slptick;
2035         td->td_slptick = 0;
2036         if (slptick && slptick != ticks) {
2037                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2038                 sched_interact_update(td);
2039                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2040         }
2041         /*
2042          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2043          */
2044         ts->ts_slice = 0;
2045         sched_add(td, SRQ_BORING);
2046 }
2047
2048 /*
2049  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2050  * priority.
2051  */
2052 void
2053 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2054 {
2055         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2056         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2057         sched_fork_thread(td, child);
2058         /*
2059          * Penalize the parent and child for forking.
2060          */
2061         sched_interact_fork(child);
2062         sched_priority(child);
2063         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2064         sched_interact_update(td);
2065         sched_priority(td);
2066 }
2067
2068 /*
2069  * Fork a new thread, may be within the same process.
2070  */
2071 void
2072 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2073 {
2074         struct td_sched *ts;
2075         struct td_sched *ts2;
2076         struct tdq *tdq;
2077
2078         tdq = TDQ_SELF();
2079         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2080         /*
2081          * Initialize child.
2082          */
2083         ts = td->td_sched;
2084         ts2 = child->td_sched;
2085         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2086         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2087         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2088         ts2->ts_flags = 0;
2089         /*
2090          * Grab our parents cpu estimation information.
2091          */
2092         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2093         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2094         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2095         /*
2096          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2097          */
2098         child->td_priority = child->td_base_pri;
2099         /*
2100          * And update interactivity score.
2101          */
2102         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2103         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2104         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2105         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2106 #ifdef KTR
2107         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2108 #endif
2109 }
2110
2111 /*
2112  * Adjust the priority class of a thread.
2113  */
2114 void
2115 sched_class(struct thread *td, int class)
2116 {
2117
2118         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2119         if (td->td_pri_class == class)
2120                 return;
2121         td->td_pri_class = class;
2122 }
2123
2124 /*
2125  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2126  */
2127 void
2128 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2129 {
2130         struct thread *td;
2131
2132         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2133             "prio:%d", child->td_priority);
2134         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2135         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2136         sched_exit_thread(td, child);
2137 }
2138
2139 /*
2140  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2141  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2142  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2143  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2144  */
2145 void
2146 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2147 {
2148
2149         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2150             "prio:%d", child->td_priority);
2151         /*
2152          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2153          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2154          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2155          */
2156         thread_lock(td);
2157         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2158         sched_interact_update(td);
2159         sched_priority(td);
2160         thread_unlock(td);
2161 }
2162
2163 void
2164 sched_preempt(struct thread *td)
2165 {
2166         struct tdq *tdq;
2167
2168         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2169
2170         thread_lock(td);
2171         tdq = TDQ_SELF();
2172         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2173         tdq->tdq_ipipending = 0;
2174         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2175                 int flags;
2176
2177                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2178                 if (td->td_critnest > 1)
2179                         td->td_owepreempt = 1;
2180                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2181                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2182                 else
2183                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2184         }
2185         thread_unlock(td);
2186 }
2187
2188 /*
2189  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2190  * to static priorities in msleep() or similar.
2191  */
2192 void
2193 sched_userret(struct thread *td)
2194 {
2195         /*
2196          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2197          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2198          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2199          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2200          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2201          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2202          * it perfectly here.
2203          */
2204         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2205             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2206         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2207                 thread_lock(td);
2208                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2209                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2210                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2211                 thread_unlock(td);
2212         }
2213 }
2214
2215 /*
2216  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2217  * threads.
2218  */
2219 void
2220 sched_clock(struct thread *td)
2221 {
2222         struct tdq *tdq;
2223         struct td_sched *ts;
2224
2225         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2226         tdq = TDQ_SELF();
2227 #ifdef SMP
2228         /*
2229          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2230          */
2231         if (balance_tdq == tdq) {
2232                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2233                         sched_balance();
2234         }
2235 #endif
2236         /*
2237          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2238          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2239          * If there is some activity seed it to reflect that.
2240          */
2241         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2242         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2243         /*
2244          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2245          * threads get a chance to run.
2246          */
2247         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2248                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2249                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2250                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2251         }
2252         ts = td->td_sched;
2253         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2254         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2255                 return;
2256         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2257                 /*
2258                  * We used a tick; charge it to the thread so
2259                  * that we can compute our interactivity.
2260                  */
2261                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2262                 sched_interact_update(td);
2263                 sched_priority(td);
2264         }
2265
2266         /*
2267          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2268          * time slice (default is 100ms).
2269          */
2270         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && ++ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2271                 ts->ts_slice = 0;
2272                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2273         }
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Called once per hz tick.
2278  */
2279 void
2280 sched_tick(int cnt)
2281 {
2282
2283 }
2284
2285 /*
2286  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2287  * cooperative idle threads.
2288  */
2289 int
2290 sched_runnable(void)
2291 {
2292         struct tdq *tdq;
2293         int load;
2294
2295         load = 1;
2296
2297         tdq = TDQ_SELF();
2298         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2299                 if (tdq->tdq_load > 0)
2300                         goto out;
2301         } else
2302                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2303                         goto out;
2304         load = 0;
2305 out:
2306         return (load);
2307 }
2308
2309 /*
2310  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2311  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2312  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2313  */
2314 struct thread *
2315 sched_choose(void)
2316 {
2317         struct thread *td;
2318         struct tdq *tdq;
2319
2320         tdq = TDQ_SELF();
2321         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2322         td = tdq_choose(tdq);
2323         if (td) {
2324                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2325                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2326                 return (td);
2327         }
2328         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2329         return (PCPU_GET(idlethread));
2330 }
2331
2332 /*
2333  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2334  * we always request it once we exit a critical section.
2335  */
2336 static inline void
2337 sched_setpreempt(struct thread *td)
2338 {
2339         struct thread *ctd;
2340         int cpri;
2341         int pri;
2342
2343         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2344
2345         ctd = curthread;
2346         pri = td->td_priority;
2347         cpri = ctd->td_priority;
2348         if (pri < cpri)
2349                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2350         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2351                 return;
2352         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2353                 return;
2354         ctd->td_owepreempt = 1;
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2359  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2360  * predetermined.
2361  */
2362 void
2363 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2364 {
2365
2366         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2367         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2368             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2369         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2370             ("sched_add: bad thread state"));
2371         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2372             ("sched_add: thread swapped out"));
2373
2374         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2375                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2376         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2377         tdq_load_add(tdq, td);
2378 }
2379
2380 /*
2381  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2382  * preemption or IPI a remote processor if required.
2383  */
2384 void
2385 sched_add(struct thread *td, int flags)
2386 {
2387         struct tdq *tdq;
2388 #ifdef SMP
2389         int cpu;
2390 #endif
2391
2392         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2393             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2394             sched_tdname(curthread));
2395         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2396             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2397         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2398             flags & SRQ_PREEMPTED);
2399         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2400         /*
2401          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2402          * run-queue.
2403          */
2404         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2405                 sched_priority(td);
2406 #ifdef SMP
2407         /*
2408          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2409          * target cpu.
2410          */
2411         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2412         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2413         tdq_add(tdq, td, flags);
2414         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2415                 tdq_notify(tdq, td);
2416                 return;
2417         }
2418 #else
2419         tdq = TDQ_SELF();
2420         TDQ_LOCK(tdq);
2421         /*
2422          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2423          * to the scheduler's lock.
2424          */
2425         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2426         tdq_add(tdq, td, flags);
2427 #endif
2428         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2429                 sched_setpreempt(td);
2430 }
2431
2432 /*
2433  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2434  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2435  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2436  */
2437 void
2438 sched_rem(struct thread *td)
2439 {
2440         struct tdq *tdq;
2441
2442         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2443             "prio:%d", td->td_priority);
2444         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2445         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2446         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2447         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2448         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2449             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2450         tdq_runq_rem(tdq, td);
2451         tdq_load_rem(tdq, td);
2452         TD_SET_CAN_RUN(td);
2453         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2454                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2455 }
2456
2457 /*
2458  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2459  */
2460 fixpt_t
2461 sched_pctcpu(struct thread *td)
2462 {
2463         fixpt_t pctcpu;
2464         struct td_sched *ts;
2465
2466         pctcpu = 0;
2467         ts = td->td_sched;
2468         if (ts == NULL)
2469                 return (0);
2470
2471         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2472         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2473         if (ts->ts_ticks) {
2474                 int rtick;
2475
2476                 /* How many rtick per second ? */
2477                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2478                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2479         }
2480
2481         return (pctcpu);
2482 }
2483
2484 /*
2485  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2486  * cpumask.
2487  */
2488 void
2489 sched_affinity(struct thread *td)
2490 {
2491 #ifdef SMP
2492         struct td_sched *ts;
2493
2494         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2495         ts = td->td_sched;
2496         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2497                 return;
2498         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2499                 sched_rem(td);
2500                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2501                 return;
2502         }
2503         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2504                 return;
2505         /*
2506          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2507          * target thread is not running locally send an ipi to force
2508          * the issue.
2509          */
2510         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2511         if (td != curthread)
2512                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2513 #endif
2514 }
2515
2516 /*
2517  * Bind a thread to a target cpu.
2518  */
2519 void
2520 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2521 {
2522         struct td_sched *ts;
2523
2524         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2525         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2526         ts = td->td_sched;
2527         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2528                 sched_unbind(td);
2529         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2530         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2531         sched_pin();
2532         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2533                 return;
2534         ts->ts_cpu = cpu;
2535         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2536         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2537 }
2538
2539 /*
2540  * Release a bound thread.
2541  */
2542 void
2543 sched_unbind(struct thread *td)
2544 {
2545         struct td_sched *ts;
2546
2547         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2548         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2549         ts = td->td_sched;
2550         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2551                 return;
2552         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2553         sched_unpin();
2554 }
2555
2556 int
2557 sched_is_bound(struct thread *td)
2558 {
2559         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2560         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2561 }
2562
2563 /*
2564  * Basic yield call.
2565  */
2566 void
2567 sched_relinquish(struct thread *td)
2568 {
2569         thread_lock(td);
2570         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2571         thread_unlock(td);
2572 }
2573
2574 /*
2575  * Return the total system load.
2576  */
2577 int
2578 sched_load(void)
2579 {
2580 #ifdef SMP
2581         int total;
2582         int i;
2583
2584         total = 0;
2585         CPU_FOREACH(i)
2586                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2587         return (total);
2588 #else
2589         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2590 #endif
2591 }
2592
2593 int
2594 sched_sizeof_proc(void)
2595 {
2596         return (sizeof(struct proc));
2597 }
2598
2599 int
2600 sched_sizeof_thread(void)
2601 {
2602         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2603 }
2604
2605 #ifdef SMP
2606 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2607     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2608 #else
2609 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2610 #endif
2611
2612 /*
2613  * The actual idle process.
2614  */
2615 void
2616 sched_idletd(void *dummy)
2617 {
2618         struct thread *td;
2619         struct tdq *tdq;
2620         int oldswitchcnt, switchcnt;
2621         int i;
2622
2623         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2624         td = curthread;
2625         tdq = TDQ_SELF();
2626         THREAD_NO_SLEEPING();
2627         oldswitchcnt = -1;
2628         for (;;) {
2629                 if (tdq->tdq_load) {
2630                         thread_lock(td);
2631                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2632                         thread_unlock(td);
2633                 }
2634                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2635 #ifdef SMP
2636                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2637                         oldswitchcnt = switchcnt;
2638                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2639                                 continue;
2640                 }
2641                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2642 #else
2643                 oldswitchcnt = switchcnt;
2644 #endif
2645                 /*
2646                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2647                  * for load rather than entering a low power state that 
2648                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2649                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2650                  * cycles from cores doing useful work.
2651                  */
2652                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2653                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2654                                 if (tdq->tdq_load)
2655                                         break;
2656                                 cpu_spinwait();
2657                         }
2658                 }
2659
2660                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2661                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2662                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2663                         continue;
2664
2665                 /* Run main MD idle handler. */
2666                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2667                 /*
2668                  * Make sure that tdq_cpu_idle update is globally visible
2669                  * before cpu_idle() read tdq_load.  The order is important
2670                  * to avoid race with tdq_notify.
2671                  */
2672                 mb();
2673                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2674                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2675
2676                 /*
2677                  * Account thread-less hardware interrupts and
2678                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2679                  */
2680                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2681                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2682                         continue;
2683                 tdq->tdq_switchcnt++;
2684                 oldswitchcnt++;
2685         }
2686 }
2687
2688 /*
2689  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2690  */
2691 void
2692 sched_throw(struct thread *td)
2693 {
2694         struct thread *newtd;
2695         struct tdq *tdq;
2696
2697         tdq = TDQ_SELF();
2698         if (td == NULL) {
2699                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2700                 TDQ_LOCK(tdq);
2701                 spinlock_exit();
2702                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2703                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2704         } else {
2705                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2706                 tdq_load_rem(tdq, td);
2707                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2708         }
2709         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2710         newtd = choosethread();
2711         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2712         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2713 }
2714
2715 /*
2716  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2717  * let fork do the rest of the work.
2718  */
2719 void
2720 sched_fork_exit(struct thread *td)
2721 {
2722         struct tdq *tdq;
2723         int cpuid;
2724
2725         /*
2726          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2727          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2728          */
2729         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2730         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2731         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2732                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2733         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2734         td->td_oncpu = cpuid;
2735         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2736         lock_profile_obtain_lock_success(
2737             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2738 }
2739
2740 /*
2741  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2742  */
2743 char *
2744 sched_tdname(struct thread *td)
2745 {
2746 #ifdef KTR
2747         struct td_sched *ts;
2748
2749         ts = td->td_sched;
2750         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2751                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2752                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2753         return (ts->ts_name);
2754 #else
2755         return (td->td_name);
2756 #endif
2757 }
2758
2759 #ifdef KTR
2760 void
2761 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2762 {
2763         struct td_sched *ts;
2764
2765         ts = td->td_sched;
2766         ts->ts_name[0] = '\0';
2767 }
2768 #endif
2769
2770 #ifdef SMP
2771
2772 /*
2773  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2774  * the topology tree.
2775  */
2776 static int
2777 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2778     int indent)
2779 {
2780         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2781         int i, first;
2782
2783         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2784             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2785         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2786             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2787         first = TRUE;
2788         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2789                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2790                         if (!first)
2791                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2792                         else
2793                                 first = FALSE;
2794                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2795                 }
2796         }
2797         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2798
2799         if (cg->cg_flags != 0) {
2800                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2801                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2802                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2803                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2804                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2805                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2806                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2807                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2808         }
2809
2810         if (cg->cg_children > 0) {
2811                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2812                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2813                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2814                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2815                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2816         }
2817         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2818         return (0);
2819 }
2820
2821 /*
2822  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2823  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2824  */
2825 static int
2826 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2827 {
2828         struct sbuf *topo;
2829         int err;
2830
2831         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2832
2833         topo = sbuf_new_for_sysctl(NULL, NULL, 512, req);
2834         if (topo == NULL)
2835                 return (ENOMEM);
2836
2837         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2838         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2839         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2840
2841         if (err == 0) {
2842                 err = sbuf_finish(topo);
2843         }
2844         sbuf_delete(topo);
2845         return (err);
2846 }
2847
2848 #endif
2849
2850 static int
2851 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2852 {
2853         int error, new_val, period;
2854
2855         period = 1000000 / realstathz;
2856         new_val = period * sched_slice;
2857         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2858         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2859                 return (error);
2860         if (new_val <= 0)
2861                 return (EINVAL);
2862         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2863         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
2864         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2865             realstathz);
2866         return (0);
2867 }
2868
2869 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2870 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2871     "Scheduler name");
2872 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2873     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2874     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2875 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2876     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2877 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2878     "Interactivity score threshold");
2879 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2880     &preempt_thresh, 0,
2881     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2882 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2883     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2884 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2885     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2886 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2887     &sched_idlespinthresh, 0,
2888     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2889 #ifdef SMP
2890 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2891     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2892 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2893     "Enables the long-term load balancer");
2894 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2895     &balance_interval, 0,
2896     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2897 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2898     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2899 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2900     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2901 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2902     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2903     "XML dump of detected CPU topology");
2904 #endif
2905
2906 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2907 static int ccpu = 0;
2908 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");