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