]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
MFC r255363:
[FreeBSD/stable/9.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_kdtrace.h"
43 #include "opt_sched.h"
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/kdb.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.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 #if defined(__powerpc__) && defined(E500)
81 #error "This architecture is not currently compatible with ULE"
82 #endif
83
84 #define KTR_ULE 0
85
86 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
87 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
88 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
89
90 /*
91  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
92  * by the thread lock.
93  */
94 struct td_sched {       
95         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
96         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
97         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
98         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
99         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
100         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
101         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
102         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
103         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
104         int             ts_ticks;       /* Tick count */
105 #ifdef KTR
106         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
107 #endif
108 };
109 /* flags kept in ts_flags */
110 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
111 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
112
113 static struct td_sched td_sched0;
114
115 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
116 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
117     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
118
119 /*
120  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
121  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
122  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
123  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
124  * ranges supporting nice values.
125  */
126 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
127 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
128 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
129
130 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
131 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
132 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
133 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
134
135 /*
136  * Cpu percentage computation macros and defines.
137  *
138  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
139  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
140  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
141  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
142  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
143  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
144  */
145 #define SCHED_TICK_SECS         10
146 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
147 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
148 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
149 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
150 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
151
152 /*
153  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
154  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
155  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
156  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
157  * or positive nice respectively.
158  *
159  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
160  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
161  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
162  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
163  */
164 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
165 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
166 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
167 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
168 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
169 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
170     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
171     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
172 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
173
174 /*
175  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
176  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
177  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
178  * models the intent of the thread.
179  *
180  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
181  *              before throttling back.
182  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
183  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
184  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
185  */
186 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
187 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
188 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
189 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
190 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
191
192 /* Flags kept in td_flags. */
193 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
194
195 /*
196  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
197  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
198  *                      due to rounding would be unacceptably high.
199  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
200  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
201  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
202  */
203 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
204 static int realstathz = 127;
205 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
206 static int sched_slice = 12;
207 #ifdef PREEMPTION
208 #ifdef FULL_PREEMPTION
209 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
210 #else
211 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
212 #endif
213 #else 
214 static int preempt_thresh = 0;
215 #endif
216 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
217 static int sched_idlespins = 10000;
218 static int sched_idlespinthresh = -1;
219
220 /*
221  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
222  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
223  * locking in sched_pickcpu();
224  */
225 struct tdq {
226         /* Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch(). */
227         struct mtx      tdq_lock;               /* run queue lock. */
228         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
229         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
230         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
231         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
232         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
233         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
234         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
235         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
236         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
237         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
238         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
239         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
240         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
241         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
242         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
243 #ifdef KTR
244         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
245 #endif
246 } __aligned(64);
247
248 /* Idle thread states and config. */
249 #define TDQ_RUNNING     1
250 #define TDQ_IDLE        2
251
252 #ifdef SMP
253 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
254
255 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
256 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
257
258 /*
259  * Run-time tunables.
260  */
261 static int rebalance = 1;
262 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
263 static int affinity;
264 static int steal_idle = 1;
265 static int steal_thresh = 2;
266
267 /*
268  * One thread queue per processor.
269  */
270 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
271 static struct tdq       *balance_tdq;
272 static int balance_ticks;
273 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
274
275 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
276 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
277 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
278 #else   /* !SMP */
279 static struct tdq       tdq_cpu;
280
281 #define TDQ_ID(x)       (0)
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
284 #endif
285
286 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
287 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
288 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
289 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
290 #define TDQ_LOCKPTR(t)          (&(t)->tdq_lock)
291
292 static void sched_priority(struct thread *);
293 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
294 static int sched_interact_score(struct thread *);
295 static void sched_interact_update(struct thread *);
296 static void sched_interact_fork(struct thread *);
297 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
298
299 /* Operations on per processor queues */
300 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
301 static void tdq_setup(struct tdq *);
302 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
303 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
304 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
305 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
306 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
307 void tdq_print(int cpu);
308 static void runq_print(struct runq *rq);
309 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
310 #ifdef SMP
311 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
312 static int tdq_idled(struct tdq *);
313 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
314 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
315 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
316 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
317 static void sched_balance(void);
318 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
319 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
320 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
321 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
322 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
323 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
324     struct cpu_group *cg, int indent);
325 #endif
326
327 static void sched_setup(void *dummy);
328 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
329
330 static void sched_initticks(void *dummy);
331 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
332     NULL);
333
334 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
335
336 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change_pri, change-pri, "struct thread *", 
337     "struct proc *", "uint8_t");
338 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, dequeue, "struct thread *", 
339     "struct proc *", "void *");
340 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, enqueue, "struct thread *", 
341     "struct proc *", "void *", "int");
342 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend_pri, lend-pri, "struct thread *", 
343     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
344 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load_change, load-change, "int", "int");
345 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off_cpu, off-cpu, "struct thread *", 
346     "struct proc *");
347 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on_cpu, on-cpu);
348 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain_cpu, remain-cpu);
349 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, surrender, "struct thread *", 
350     "struct proc *");
351
352 /*
353  * Print the threads waiting on a run-queue.
354  */
355 static void
356 runq_print(struct runq *rq)
357 {
358         struct rqhead *rqh;
359         struct thread *td;
360         int pri;
361         int j;
362         int i;
363
364         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
365                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
366                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
367                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
368                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
369                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
370                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
371                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
372                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
373                                             td, td->td_name, td->td_priority,
374                                             td->td_rqindex, pri);
375                                 }
376                         }
377         }
378 }
379
380 /*
381  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
382  */
383 void
384 tdq_print(int cpu)
385 {
386         struct tdq *tdq;
387
388         tdq = TDQ_CPU(cpu);
389
390         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
391         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
392         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
393         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
394         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
395         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
396         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
397         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
398         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
399         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
400         printf("\trealtime runq:\n");
401         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
402         printf("\ttimeshare runq:\n");
403         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
404         printf("\tidle runq:\n");
405         runq_print(&tdq->tdq_idle);
406 }
407
408 static inline int
409 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
410 {
411         /*
412          * If the new priority is not better than the current priority there is
413          * nothing to do.
414          */
415         if (pri >= cpri)
416                 return (0);
417         /*
418          * Always preempt idle.
419          */
420         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
421                 return (1);
422         /*
423          * If preemption is disabled don't preempt others.
424          */
425         if (preempt_thresh == 0)
426                 return (0);
427         /*
428          * Preempt if we exceed the threshold.
429          */
430         if (pri <= preempt_thresh)
431                 return (1);
432         /*
433          * If we're interactive or better and there is non-interactive
434          * or worse running preempt only remote processors.
435          */
436         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
437                 return (1);
438         return (0);
439 }
440
441 /*
442  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
443  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
444  * queue position for timeshare threads.
445  */
446 static __inline void
447 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
448 {
449         struct td_sched *ts;
450         u_char pri;
451
452         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
453         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
454
455         pri = td->td_priority;
456         ts = td->td_sched;
457         TD_SET_RUNQ(td);
458         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
459                 tdq->tdq_transferable++;
460                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
461         }
462         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
463                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
464         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
465                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
466                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
467                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
468                 /*
469                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
470                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
471                  */
472                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
473                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
474                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
475                         /*
476                          * This effectively shortens the queue by one so we
477                          * can have a one slot difference between idx and
478                          * ridx while we wait for threads to drain.
479                          */
480                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
481                             pri == tdq->tdq_ridx)
482                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
483                 } else
484                         pri = tdq->tdq_ridx;
485                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
486                 return;
487         } else
488                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
489         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
490 }
491
492 /* 
493  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
494  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
495  * transferable count does not reflect them.
496  */
497 static __inline void
498 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
499 {
500         struct td_sched *ts;
501
502         ts = td->td_sched;
503         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
504         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
505             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
506         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
507                 tdq->tdq_transferable--;
508                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
509         }
510         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
511                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
512                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
513                 else
514                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
515         } else
516                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
517 }
518
519 /*
520  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
521  * for this thread to the referenced thread queue.
522  */
523 static void
524 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
525 {
526
527         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
528         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
529
530         tdq->tdq_load++;
531         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
532                 tdq->tdq_sysload++;
533         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
534         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
535 }
536
537 /*
538  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
539  * exiting.
540  */
541 static void
542 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
543 {
544
545         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
546         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
547         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
548             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
549
550         tdq->tdq_load--;
551         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
552                 tdq->tdq_sysload--;
553         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
554         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
555 }
556
557 /*
558  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
559  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
560  */
561 static void
562 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
563 {
564         struct thread *td;
565
566         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
567         if (ctd == NULL)
568                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
569         td = tdq_choose(tdq);
570         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
571                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
572         else
573                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
574 }
575
576 #ifdef SMP
577 struct cpu_search {
578         cpuset_t cs_mask;
579         u_int   cs_prefer;
580         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
581         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
582         int     cs_cpu;
583         int     cs_load;
584 };
585
586 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
587 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
588 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
589
590 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
591         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
592                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
593
594 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
595     struct cpu_search *high, const int match);
596 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
597 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
598 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
599     struct cpu_search *high);
600
601 /*
602  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
603  * according to the match argument.  This routine actually compares the
604  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
605  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
606  * the system.  This balances work among caches and busses.
607  *
608  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
609  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
610  * also recursive to the depth of the tree.
611  */
612 static __inline int
613 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
614     struct cpu_search *high, const int match)
615 {
616         struct cpu_search lgroup;
617         struct cpu_search hgroup;
618         cpuset_t cpumask;
619         struct cpu_group *child;
620         struct tdq *tdq;
621         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
622
623         total = 0;
624         cpumask = cg->cg_mask;
625         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
626                 lload = INT_MAX;
627                 lgroup = *low;
628         }
629         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
630                 hload = INT_MIN;
631                 hgroup = *high;
632         }
633
634         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
635         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
636                 if (i == 0) {
637 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
638                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
639 #else
640                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
641                                 cpu--;
642 #endif
643                         if (cpu < 0)
644                                 break;
645                         child = NULL;
646                 } else
647                         child = &cg->cg_child[i - 1];
648
649                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
650                         lgroup.cs_cpu = -1;
651                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
652                         hgroup.cs_cpu = -1;
653                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
654                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
655                         switch (match) {
656                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
657                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
658                                 break;
659                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
660                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
661                                 break;
662                         case CPU_SEARCH_BOTH:
663                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
664                                 break;
665                         }
666                 } else {                        /* Handle child CPU. */
667                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
668                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
669                         load = tdq->tdq_load * 256;
670                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
671                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
672                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
673                                 if (cpu == low->cs_prefer)
674                                         load -= 64;
675                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
676                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
677                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
678                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
679                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
680                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
681                                 }
682                         }
683                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
684                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
685                                     tdq->tdq_transferable &&
686                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
687                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
688                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
689                                 }
690                 }
691                 total += load;
692
693                 /* We have info about child item. Compare it. */
694                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
695                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
696                             (load < lload ||
697                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
698                                 lload = load;
699                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
700                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
701                         }
702                 }
703                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
704                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
705                             (load > hload ||
706                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
707                                 hload = load;
708                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
709                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
710                         }
711                 if (child) {
712                         i--;
713                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
714                                 break;
715                 }
716 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
717                 else
718                         cpu--;
719 #endif
720         }
721         return (total);
722 }
723
724 /*
725  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
726  * optimization.
727  */
728 int
729 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
730 {
731         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
732 }
733
734 int
735 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
736 {
737         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
738 }
739
740 int
741 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
742     struct cpu_search *high)
743 {
744         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
745 }
746
747 /*
748  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
749  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
750  * acceptable.
751  */
752 static inline int
753 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
754     int prefer)
755 {
756         struct cpu_search low;
757
758         low.cs_cpu = -1;
759         low.cs_prefer = prefer;
760         low.cs_mask = mask;
761         low.cs_pri = pri;
762         low.cs_limit = maxload;
763         cpu_search_lowest(cg, &low);
764         return low.cs_cpu;
765 }
766
767 /*
768  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
769  */
770 static inline int
771 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
772 {
773         struct cpu_search high;
774
775         high.cs_cpu = -1;
776         high.cs_mask = mask;
777         high.cs_limit = minload;
778         cpu_search_highest(cg, &high);
779         return high.cs_cpu;
780 }
781
782 /*
783  * Simultaneously find the highest and lowest loaded cpu reachable via
784  * cg.
785  */
786 static inline void
787 sched_both(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int *lowcpu, int *highcpu)
788 {
789         struct cpu_search high;
790         struct cpu_search low;
791
792         low.cs_cpu = -1;
793         low.cs_prefer = -1;
794         low.cs_pri = -1;
795         low.cs_limit = INT_MAX;
796         low.cs_mask = mask;
797         high.cs_cpu = -1;
798         high.cs_limit = -1;
799         high.cs_mask = mask;
800         cpu_search_both(cg, &low, &high);
801         *lowcpu = low.cs_cpu;
802         *highcpu = high.cs_cpu;
803         return;
804 }
805
806 static void
807 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
808 {
809         cpuset_t hmask, lmask;
810         int high, low, anylow;
811
812         CPU_FILL(&hmask);
813         for (;;) {
814                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
815                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
816                 if (high == -1)
817                         break;
818                 CPU_CLR(high, &hmask);
819                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
820                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
821                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
822                         break;
823                 anylow = 1;
824 nextlow:
825                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
826                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
827                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
828                 if (anylow && low == -1)
829                         break;
830                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
831                 if (low == -1)
832                         continue;
833                 /* Transfer thread from high to low. */
834                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
835                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
836                         CPU_CLR(low, &hmask);
837                 } else {
838                         /*
839                          * If failed, then there is no threads on high
840                          * that can run on this low. Drop low from low
841                          * mask and look for different one.
842                          */
843                         CPU_CLR(low, &lmask);
844                         anylow = 0;
845                         goto nextlow;
846                 }
847         }
848 }
849
850 static void
851 sched_balance(void)
852 {
853         struct tdq *tdq;
854
855         /*
856          * Select a random time between .5 * balance_interval and
857          * 1.5 * balance_interval.
858          */
859         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
860         balance_ticks += random() % balance_interval;
861         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
862                 return;
863         tdq = TDQ_SELF();
864         TDQ_UNLOCK(tdq);
865         sched_balance_group(cpu_top);
866         TDQ_LOCK(tdq);
867 }
868
869 /*
870  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
871  */
872 static void
873 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
874 {
875         if (one < two) {
876                 TDQ_LOCK(one);
877                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
878         } else {
879                 TDQ_LOCK(two);
880                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
881         }
882 }
883
884 /*
885  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
886  */
887 static void
888 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
889 {
890         TDQ_UNLOCK(one);
891         TDQ_UNLOCK(two);
892 }
893
894 /*
895  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
896  */
897 static int
898 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
899 {
900         int moved;
901         int cpu;
902
903         tdq_lock_pair(high, low);
904         moved = 0;
905         /*
906          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
907          * threads we actually have to give up (transferable).
908          */
909         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
910             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
911                 /*
912                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
913                  * reschedule with the new workload.
914                  */
915                 cpu = TDQ_ID(low);
916                 sched_pin();
917                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
918                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
919                 sched_unpin();
920         }
921         tdq_unlock_pair(high, low);
922         return (moved);
923 }
924
925 /*
926  * Move a thread from one thread queue to another.
927  */
928 static int
929 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
930 {
931         struct td_sched *ts;
932         struct thread *td;
933         struct tdq *tdq;
934         int cpu;
935
936         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
937         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
938
939         tdq = from;
940         cpu = TDQ_ID(to);
941         td = tdq_steal(tdq, cpu);
942         if (td == NULL)
943                 return (0);
944         ts = td->td_sched;
945         /*
946          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
947          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
948          */
949         thread_lock(td);
950         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
951         TDQ_UNLOCK(from);
952         sched_rem(td);
953         ts->ts_cpu = cpu;
954         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
955         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
956         return (1);
957 }
958
959 /*
960  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
961  * to it.
962  */
963 static int
964 tdq_idled(struct tdq *tdq)
965 {
966         struct cpu_group *cg;
967         struct tdq *steal;
968         cpuset_t mask;
969         int thresh;
970         int cpu;
971
972         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
973                 return (1);
974         CPU_FILL(&mask);
975         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
976         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
977         spinlock_enter();
978         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
979                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
980                         thresh = steal_thresh;
981                 else
982                         thresh = 1;
983                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
984                 if (cpu == -1) {
985                         cg = cg->cg_parent;
986                         continue;
987                 }
988                 steal = TDQ_CPU(cpu);
989                 CPU_CLR(cpu, &mask);
990                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
991                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
992                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
993                         continue;
994                 }
995                 /*
996                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
997                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
998                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
999                  * set.
1000                  */
1001                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1002                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1003                         continue;
1004                 }
1005                 spinlock_exit();
1006                 TDQ_UNLOCK(steal);
1007                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1008                 thread_unlock(curthread);
1009
1010                 return (0);
1011         }
1012         spinlock_exit();
1013         return (1);
1014 }
1015
1016 /*
1017  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1018  */
1019 static void
1020 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1021 {
1022         struct thread *ctd;
1023         int pri;
1024         int cpu;
1025
1026         if (tdq->tdq_ipipending)
1027                 return;
1028         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1029         pri = td->td_priority;
1030         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1031         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1032                 return;
1033         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1034                 /*
1035                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1036                  * falling back to IPI.
1037                  */
1038                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1039                         return;
1040         }
1041         tdq->tdq_ipipending = 1;
1042         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1047  * index.
1048  */
1049 static struct thread *
1050 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1051 {
1052         struct rqbits *rqb;
1053         struct rqhead *rqh;
1054         struct thread *td, *first;
1055         int bit;
1056         int pri;
1057         int i;
1058
1059         rqb = &rq->rq_status;
1060         bit = start & (RQB_BPW -1);
1061         pri = 0;
1062         first = NULL;
1063 again:
1064         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1065                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1066                         continue;
1067                 if (bit != 0) {
1068                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1069                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1070                                         break;
1071                         if (pri >= RQB_BPW)
1072                                 continue;
1073                 } else
1074                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1075                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1076                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1077                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1078                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1079                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1080                                 return (td);
1081                         first = td;
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 / 10;  /* ~100ms */
1394         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1395             realstathz);
1396
1397         /*
1398          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1399          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1400          */
1401         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1402         /*
1403          * This does not work for values of stathz that are more than
1404          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1405          */
1406         if (incr == 0)
1407                 incr = 1;
1408         tickincr = incr;
1409 #ifdef SMP
1410         /*
1411          * Set the default balance interval now that we know
1412          * what realstathz is.
1413          */
1414         balance_interval = realstathz;
1415         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1416 #endif
1417         if (sched_idlespinthresh < 0)
1418                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1419 }
1420
1421
1422 /*
1423  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1424  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1425  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1426  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1427  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1428  */
1429 static int
1430 sched_interact_score(struct thread *td)
1431 {
1432         struct td_sched *ts;
1433         int div;
1434
1435         ts = td->td_sched;
1436         /*
1437          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1438          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1439          * no chance.
1440          */
1441         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1442                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1443                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1444
1445         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1446                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1447                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1448                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1449         }
1450         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1451                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1452                 return (ts->ts_runtime / div);
1453         }
1454         /* runtime == slptime */
1455         if (ts->ts_runtime)
1456                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1457
1458         /*
1459          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1460          */
1461         return (0);
1462
1463 }
1464
1465 /*
1466  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1467  * process.
1468  */
1469 static void
1470 sched_priority(struct thread *td)
1471 {
1472         int score;
1473         int pri;
1474
1475         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1476                 return;
1477         /*
1478          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1479          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1480          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1481          *
1482          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1483          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1484          * utilization and the rest is decided by nice value.
1485          *
1486          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1487          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1488          * considered interactive.
1489          */
1490         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1491         if (score < sched_interact) {
1492                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1493                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1494                     sched_interact) * score;
1495                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1496                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1497                     pri, score));
1498         } else {
1499                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1500                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1501                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1502                             SCHED_PRI_RANGE);
1503                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1504                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1505                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1506                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1507                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1508                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1509                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1510         }
1511         sched_user_prio(td, pri);
1512
1513         return;
1514 }
1515
1516 /*
1517  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1518  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1519  * function is ugly due to integer math.
1520  */
1521 static void
1522 sched_interact_update(struct thread *td)
1523 {
1524         struct td_sched *ts;
1525         u_int sum;
1526
1527         ts = td->td_sched;
1528         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1529         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1530                 return;
1531         /*
1532          * This only happens from two places:
1533          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1534          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1535          */
1536         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1537                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1538                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1539                         ts->ts_slptime = 1;
1540                 } else {
1541                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1542                         ts->ts_runtime = 1;
1543                 }
1544                 return;
1545         }
1546         /*
1547          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1548          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1549          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1550          */
1551         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1552                 ts->ts_runtime /= 2;
1553                 ts->ts_slptime /= 2;
1554                 return;
1555         }
1556         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1557         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1558 }
1559
1560 /*
1561  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1562  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1563  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1564  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1565  */
1566 static void
1567 sched_interact_fork(struct thread *td)
1568 {
1569         int ratio;
1570         int sum;
1571
1572         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1573         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1574                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1575                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1576                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1577         }
1578 }
1579
1580 /*
1581  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1582  */
1583 void
1584 schedinit(void)
1585 {
1586
1587         /*
1588          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1589          */
1590         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1591         thread0.td_sched = &td_sched0;
1592         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1593         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1594         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
1595 }
1596
1597 /*
1598  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1599  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1600  * at most sched_slice stathz ticks.
1601  */
1602 int
1603 sched_rr_interval(void)
1604 {
1605
1606         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1607         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1608 }
1609
1610 /*
1611  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1612  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1613  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1614  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1615  */
1616 static void
1617 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1618 {
1619         int t = ticks;
1620
1621         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1622                 ts->ts_ticks = 0;
1623                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1624         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1625                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1626                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1627                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1628         }
1629         if (run)
1630                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1631         ts->ts_ltick = t;
1632 }
1633
1634 /*
1635  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1636  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1637  * functions.
1638  */
1639 static void
1640 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1641 {
1642         struct td_sched *ts;
1643         struct tdq *tdq;
1644         int oldpri;
1645
1646         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1647             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1648             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1649         SDT_PROBE3(sched, , , change_pri, td, td->td_proc, prio);
1650         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1651                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1652                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1653                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1654                 SDT_PROBE4(sched, , , lend_pri, td, td->td_proc, prio, 
1655                     curthread);
1656         } 
1657         ts = td->td_sched;
1658         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1659         if (td->td_priority == prio)
1660                 return;
1661         /*
1662          * If the priority has been elevated due to priority
1663          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1664          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1665          * cases.
1666          */
1667         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1668                 sched_rem(td);
1669                 td->td_priority = prio;
1670                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1671                 return;
1672         }
1673         /*
1674          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1675          * information so other cpus are aware of our current priority.
1676          */
1677         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1678                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1679                 oldpri = td->td_priority;
1680                 td->td_priority = prio;
1681                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1682                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1683                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1684                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1685                 return;
1686         }
1687         td->td_priority = prio;
1688 }
1689
1690 /*
1691  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1692  * priority.
1693  */
1694 void
1695 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1696 {
1697
1698         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1699         sched_thread_priority(td, prio);
1700 }
1701
1702 /*
1703  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1704  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1705  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1706  * requests.  If the thread's regular priority is less
1707  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1708  * of prio.
1709  */
1710 void
1711 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1712 {
1713         u_char base_pri;
1714
1715         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1716             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1717                 base_pri = td->td_user_pri;
1718         else
1719                 base_pri = td->td_base_pri;
1720         if (prio >= base_pri) {
1721                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1722                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1723         } else
1724                 sched_lend_prio(td, prio);
1725 }
1726
1727 /*
1728  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1729  */
1730 void
1731 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1732 {
1733         u_char oldprio;
1734
1735         /* First, update the base priority. */
1736         td->td_base_pri = prio;
1737
1738         /*
1739          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1740          * ever lower the priority.
1741          */
1742         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1743                 return;
1744
1745         /* Change the real priority. */
1746         oldprio = td->td_priority;
1747         sched_thread_priority(td, prio);
1748
1749         /*
1750          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1751          * its state.
1752          */
1753         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1754                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1755 }
1756
1757 /*
1758  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1759  */
1760 void
1761 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1762 {
1763
1764         td->td_base_user_pri = prio;
1765         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1766                 return;
1767         td->td_user_pri = prio;
1768 }
1769
1770 void
1771 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1772 {
1773
1774         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1775         td->td_lend_user_pri = prio;
1776         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1777         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1778                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1779         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1780                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1781 }
1782
1783 /*
1784  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1785  * cpu binding.
1786  */
1787 static struct mtx *
1788 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1789 {
1790         struct tdq *tdn;
1791
1792         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1793 #ifdef SMP
1794         tdq_load_rem(tdq, td);
1795         /*
1796          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1797          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1798          * not holding either run-queue lock.
1799          */
1800         spinlock_enter();
1801         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1802
1803         /*
1804          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1805          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1806          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1807          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1808          * question while the target processor is spinning with its own
1809          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1810          */
1811         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1812         tdq_add(tdn, td, flags);
1813         tdq_notify(tdn, td);
1814         TDQ_UNLOCK(tdn);
1815         spinlock_exit();
1816 #endif
1817         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1818 }
1819
1820 /*
1821  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1822  * is blocked.
1823  */
1824 static inline void
1825 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1826 {
1827         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1828             (uintptr_t)mtx);
1829 }
1830
1831 /*
1832  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1833  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1834  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1835  * be assigned elsewhere via binding.
1836  */
1837 void
1838 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1839 {
1840         struct tdq *tdq;
1841         struct td_sched *ts;
1842         struct mtx *mtx;
1843         int srqflag;
1844         int cpuid, preempted;
1845
1846         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1847         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1848
1849         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1850         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1851         ts = td->td_sched;
1852         mtx = td->td_lock;
1853         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1854         ts->ts_rltick = ticks;
1855         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1856         td->td_oncpu = NOCPU;
1857         preempted = !(td->td_flags & TDF_SLICEEND);
1858         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1859         td->td_owepreempt = 0;
1860         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1861                 tdq->tdq_switchcnt++;
1862         /*
1863          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1864          * to CAN_RUN as well.
1865          */
1866         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1867                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1868                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1869         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1870                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1871                 srqflag = preempted ?
1872                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1873                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1874 #ifdef SMP
1875                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1876                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1877 #endif
1878                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1879                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1880                 else {
1881                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1882                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1883                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1884                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1885                 }
1886         } else {
1887                 /* This thread must be going to sleep. */
1888                 TDQ_LOCK(tdq);
1889                 mtx = thread_lock_block(td);
1890                 tdq_load_rem(tdq, td);
1891         }
1892         /*
1893          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1894          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1895          * thread-queue locked.
1896          */
1897         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1898         newtd = choosethread();
1899         /*
1900          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1901          */
1902         if (td != newtd) {
1903 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1904                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1905                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1906 #endif
1907                 SDT_PROBE2(sched, , , off_cpu, newtd, newtd->td_proc);
1908                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1909                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1910                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1911
1912 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1913                 /*
1914                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1915                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1916                  * function to call.
1917                  */
1918                 if (dtrace_vtime_active)
1919                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1920 #endif
1921
1922                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1923                 /*
1924                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1925                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1926                  * run queue lock.
1927                  */
1928                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1929                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1930                 lock_profile_obtain_lock_success(
1931                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1932
1933                 SDT_PROBE0(sched, , , on_cpu);
1934 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1935                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1936                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1937 #endif
1938         } else {
1939                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1940                 SDT_PROBE0(sched, , , remain_cpu);
1941         }
1942         /*
1943          * Assert that all went well and return.
1944          */
1945         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1946         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1947         td->td_oncpu = cpuid;
1948 }
1949
1950 /*
1951  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1952  */
1953 void
1954 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1955 {
1956         struct thread *td;
1957
1958         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1959
1960         p->p_nice = nice;
1961         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1962                 thread_lock(td);
1963                 sched_priority(td);
1964                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1965                 thread_unlock(td);
1966         }
1967 }
1968
1969 /*
1970  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1971  */
1972 void
1973 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1974 {
1975
1976         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1977
1978         td->td_slptick = ticks;
1979         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1980                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1981         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1982                 return;
1983         if (static_boost == 1 && prio)
1984                 sched_prio(td, prio);
1985         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1986                 sched_prio(td, static_boost);
1987 }
1988
1989 /*
1990  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1991  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1992  */
1993 void
1994 sched_wakeup(struct thread *td)
1995 {
1996         struct td_sched *ts;
1997         int slptick;
1998
1999         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2000         ts = td->td_sched;
2001         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2002         /*
2003          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2004          * priority.
2005          */
2006         slptick = td->td_slptick;
2007         td->td_slptick = 0;
2008         if (slptick && slptick != ticks) {
2009                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2010                 sched_interact_update(td);
2011                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2012         }
2013         /* Reset the slice value after we sleep. */
2014         ts->ts_slice = sched_slice;
2015         sched_add(td, SRQ_BORING);
2016 }
2017
2018 /*
2019  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2020  * priority.
2021  */
2022 void
2023 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2024 {
2025         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2026         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2027         sched_fork_thread(td, child);
2028         /*
2029          * Penalize the parent and child for forking.
2030          */
2031         sched_interact_fork(child);
2032         sched_priority(child);
2033         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2034         sched_interact_update(td);
2035         sched_priority(td);
2036 }
2037
2038 /*
2039  * Fork a new thread, may be within the same process.
2040  */
2041 void
2042 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2043 {
2044         struct td_sched *ts;
2045         struct td_sched *ts2;
2046
2047         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2048         /*
2049          * Initialize child.
2050          */
2051         ts = td->td_sched;
2052         ts2 = child->td_sched;
2053         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
2054         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2055         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2056         ts2->ts_flags = 0;
2057         /*
2058          * Grab our parents cpu estimation information.
2059          */
2060         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2061         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2062         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2063         /*
2064          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2065          */
2066         child->td_priority = child->td_base_pri;
2067         /*
2068          * And update interactivity score.
2069          */
2070         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2071         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2072         ts2->ts_slice = 1;      /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2073 #ifdef KTR
2074         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2075 #endif
2076 }
2077
2078 /*
2079  * Adjust the priority class of a thread.
2080  */
2081 void
2082 sched_class(struct thread *td, int class)
2083 {
2084
2085         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2086         if (td->td_pri_class == class)
2087                 return;
2088         td->td_pri_class = class;
2089 }
2090
2091 /*
2092  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2093  */
2094 void
2095 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2096 {
2097         struct thread *td;
2098
2099         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2100             "prio:%d", child->td_priority);
2101         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2102         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2103         sched_exit_thread(td, child);
2104 }
2105
2106 /*
2107  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2108  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2109  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2110  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2111  */
2112 void
2113 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2114 {
2115
2116         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2117             "prio:%d", child->td_priority);
2118         /*
2119          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2120          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2121          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2122          */
2123         thread_lock(td);
2124         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2125         sched_interact_update(td);
2126         sched_priority(td);
2127         thread_unlock(td);
2128 }
2129
2130 void
2131 sched_preempt(struct thread *td)
2132 {
2133         struct tdq *tdq;
2134
2135         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2136
2137         thread_lock(td);
2138         tdq = TDQ_SELF();
2139         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2140         tdq->tdq_ipipending = 0;
2141         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2142                 int flags;
2143
2144                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2145                 if (td->td_critnest > 1)
2146                         td->td_owepreempt = 1;
2147                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2148                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2149                 else
2150                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2151         }
2152         thread_unlock(td);
2153 }
2154
2155 /*
2156  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2157  * to static priorities in msleep() or similar.
2158  */
2159 void
2160 sched_userret(struct thread *td)
2161 {
2162         /*
2163          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2164          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2165          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2166          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2167          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2168          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2169          * it perfectly here.
2170          */
2171         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2172             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2173         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2174                 thread_lock(td);
2175                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2176                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2177                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2178                 thread_unlock(td);
2179         }
2180 }
2181
2182 /*
2183  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2184  * threads.
2185  */
2186 void
2187 sched_clock(struct thread *td)
2188 {
2189         struct tdq *tdq;
2190         struct td_sched *ts;
2191
2192         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2193         tdq = TDQ_SELF();
2194 #ifdef SMP
2195         /*
2196          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2197          */
2198         if (balance_tdq == tdq) {
2199                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2200                         sched_balance();
2201         }
2202 #endif
2203         /*
2204          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2205          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2206          * If there is some activity seed it to reflect that.
2207          */
2208         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2209         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2210         /*
2211          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2212          * threads get a chance to run.
2213          */
2214         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2215                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2216                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2217                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2218         }
2219         ts = td->td_sched;
2220         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2221         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2222                 return;
2223         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2224                 /*
2225                  * We used a tick; charge it to the thread so
2226                  * that we can compute our interactivity.
2227                  */
2228                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2229                 sched_interact_update(td);
2230                 sched_priority(td);
2231         }
2232
2233         /*
2234          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2235          * time slice (default is 100ms).
2236          */
2237         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
2238                 ts->ts_slice = sched_slice;
2239                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2240         }
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Called once per hz tick.
2245  */
2246 void
2247 sched_tick(int cnt)
2248 {
2249
2250 }
2251
2252 /*
2253  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2254  * cooperative idle threads.
2255  */
2256 int
2257 sched_runnable(void)
2258 {
2259         struct tdq *tdq;
2260         int load;
2261
2262         load = 1;
2263
2264         tdq = TDQ_SELF();
2265         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2266                 if (tdq->tdq_load > 0)
2267                         goto out;
2268         } else
2269                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2270                         goto out;
2271         load = 0;
2272 out:
2273         return (load);
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2278  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2279  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2280  */
2281 struct thread *
2282 sched_choose(void)
2283 {
2284         struct thread *td;
2285         struct tdq *tdq;
2286
2287         tdq = TDQ_SELF();
2288         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2289         td = tdq_choose(tdq);
2290         if (td) {
2291                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2292                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2293                 return (td);
2294         }
2295         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2296         return (PCPU_GET(idlethread));
2297 }
2298
2299 /*
2300  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2301  * we always request it once we exit a critical section.
2302  */
2303 static inline void
2304 sched_setpreempt(struct thread *td)
2305 {
2306         struct thread *ctd;
2307         int cpri;
2308         int pri;
2309
2310         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2311
2312         ctd = curthread;
2313         pri = td->td_priority;
2314         cpri = ctd->td_priority;
2315         if (pri < cpri)
2316                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2317         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2318                 return;
2319         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2320                 return;
2321         ctd->td_owepreempt = 1;
2322 }
2323
2324 /*
2325  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2326  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2327  * predetermined.
2328  */
2329 void
2330 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2331 {
2332
2333         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2334         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2335             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2336         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2337             ("sched_add: bad thread state"));
2338         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2339             ("sched_add: thread swapped out"));
2340
2341         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2342                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2343         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2344         tdq_load_add(tdq, td);
2345 }
2346
2347 /*
2348  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2349  * preemption or IPI a remote processor if required.
2350  */
2351 void
2352 sched_add(struct thread *td, int flags)
2353 {
2354         struct tdq *tdq;
2355 #ifdef SMP
2356         int cpu;
2357 #endif
2358
2359         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2360             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2361             sched_tdname(curthread));
2362         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2363             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2364         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2365             flags & SRQ_PREEMPTED);
2366         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2367         /*
2368          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2369          * run-queue.
2370          */
2371         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2372                 sched_priority(td);
2373 #ifdef SMP
2374         /*
2375          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2376          * target cpu.
2377          */
2378         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2379         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2380         tdq_add(tdq, td, flags);
2381         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2382                 tdq_notify(tdq, td);
2383                 return;
2384         }
2385 #else
2386         tdq = TDQ_SELF();
2387         TDQ_LOCK(tdq);
2388         /*
2389          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2390          * to the scheduler's lock.
2391          */
2392         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2393         tdq_add(tdq, td, flags);
2394 #endif
2395         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2396                 sched_setpreempt(td);
2397 }
2398
2399 /*
2400  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2401  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2402  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2403  */
2404 void
2405 sched_rem(struct thread *td)
2406 {
2407         struct tdq *tdq;
2408
2409         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2410             "prio:%d", td->td_priority);
2411         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2412         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2413         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2414         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2415         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2416             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2417         tdq_runq_rem(tdq, td);
2418         tdq_load_rem(tdq, td);
2419         TD_SET_CAN_RUN(td);
2420         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2421                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2422 }
2423
2424 /*
2425  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2426  */
2427 fixpt_t
2428 sched_pctcpu(struct thread *td)
2429 {
2430         fixpt_t pctcpu;
2431         struct td_sched *ts;
2432
2433         pctcpu = 0;
2434         ts = td->td_sched;
2435         if (ts == NULL)
2436                 return (0);
2437
2438         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2439         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2440         if (ts->ts_ticks) {
2441                 int rtick;
2442
2443                 /* How many rtick per second ? */
2444                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2445                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2446         }
2447
2448         return (pctcpu);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2453  * cpumask.
2454  */
2455 void
2456 sched_affinity(struct thread *td)
2457 {
2458 #ifdef SMP
2459         struct td_sched *ts;
2460
2461         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2462         ts = td->td_sched;
2463         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2464                 return;
2465         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2466                 sched_rem(td);
2467                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2468                 return;
2469         }
2470         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2471                 return;
2472         /*
2473          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2474          * target thread is not running locally send an ipi to force
2475          * the issue.
2476          */
2477         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2478         if (td != curthread)
2479                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2480 #endif
2481 }
2482
2483 /*
2484  * Bind a thread to a target cpu.
2485  */
2486 void
2487 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2488 {
2489         struct td_sched *ts;
2490
2491         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2492         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2493         ts = td->td_sched;
2494         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2495                 sched_unbind(td);
2496         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2497         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2498         sched_pin();
2499         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2500                 return;
2501         ts->ts_cpu = cpu;
2502         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2503         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2504 }
2505
2506 /*
2507  * Release a bound thread.
2508  */
2509 void
2510 sched_unbind(struct thread *td)
2511 {
2512         struct td_sched *ts;
2513
2514         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2515         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2516         ts = td->td_sched;
2517         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2518                 return;
2519         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2520         sched_unpin();
2521 }
2522
2523 int
2524 sched_is_bound(struct thread *td)
2525 {
2526         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2527         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * Basic yield call.
2532  */
2533 void
2534 sched_relinquish(struct thread *td)
2535 {
2536         thread_lock(td);
2537         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2538         thread_unlock(td);
2539 }
2540
2541 /*
2542  * Return the total system load.
2543  */
2544 int
2545 sched_load(void)
2546 {
2547 #ifdef SMP
2548         int total;
2549         int i;
2550
2551         total = 0;
2552         CPU_FOREACH(i)
2553                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2554         return (total);
2555 #else
2556         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2557 #endif
2558 }
2559
2560 int
2561 sched_sizeof_proc(void)
2562 {
2563         return (sizeof(struct proc));
2564 }
2565
2566 int
2567 sched_sizeof_thread(void)
2568 {
2569         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2570 }
2571
2572 #ifdef SMP
2573 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2574     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2575 #else
2576 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2577 #endif
2578
2579 /*
2580  * The actual idle process.
2581  */
2582 void
2583 sched_idletd(void *dummy)
2584 {
2585         struct thread *td;
2586         struct tdq *tdq;
2587         int oldswitchcnt, switchcnt;
2588         int i;
2589
2590         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2591         td = curthread;
2592         tdq = TDQ_SELF();
2593         oldswitchcnt = -1;
2594         for (;;) {
2595                 if (tdq->tdq_load) {
2596                         thread_lock(td);
2597                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2598                         thread_unlock(td);
2599                 }
2600                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2601 #ifdef SMP
2602                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2603                         oldswitchcnt = switchcnt;
2604                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2605                                 continue;
2606                 }
2607                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2608 #else
2609                 oldswitchcnt = switchcnt;
2610 #endif
2611                 /*
2612                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2613                  * for load rather than entering a low power state that 
2614                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2615                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2616                  * cycles from cores doing useful work.
2617                  */
2618                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2619                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2620                                 if (tdq->tdq_load)
2621                                         break;
2622                                 cpu_spinwait();
2623                         }
2624                 }
2625
2626                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2627                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2628                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2629                         continue;
2630
2631                 /* Run main MD idle handler. */
2632                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2633                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2634                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2635
2636                 /*
2637                  * Account thread-less hardware interrupts and
2638                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2639                  */
2640                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2641                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2642                         continue;
2643                 tdq->tdq_switchcnt++;
2644                 oldswitchcnt++;
2645         }
2646 }
2647
2648 /*
2649  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2650  */
2651 void
2652 sched_throw(struct thread *td)
2653 {
2654         struct thread *newtd;
2655         struct tdq *tdq;
2656
2657         tdq = TDQ_SELF();
2658         if (td == NULL) {
2659                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2660                 TDQ_LOCK(tdq);
2661                 spinlock_exit();
2662                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2663                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2664         } else {
2665                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2666                 tdq_load_rem(tdq, td);
2667                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2668         }
2669         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2670         newtd = choosethread();
2671         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2672         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2673 }
2674
2675 /*
2676  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2677  * let fork do the rest of the work.
2678  */
2679 void
2680 sched_fork_exit(struct thread *td)
2681 {
2682         struct td_sched *ts;
2683         struct tdq *tdq;
2684         int cpuid;
2685
2686         /*
2687          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2688          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2689          */
2690         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2691         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2692         ts = td->td_sched;
2693         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2694                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2695         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2696         td->td_oncpu = cpuid;
2697         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2698         lock_profile_obtain_lock_success(
2699             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2704  */
2705 char *
2706 sched_tdname(struct thread *td)
2707 {
2708 #ifdef KTR
2709         struct td_sched *ts;
2710
2711         ts = td->td_sched;
2712         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2713                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2714                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2715         return (ts->ts_name);
2716 #else
2717         return (td->td_name);
2718 #endif
2719 }
2720
2721 #ifdef KTR
2722 void
2723 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2724 {
2725         struct td_sched *ts;
2726
2727         ts = td->td_sched;
2728         ts->ts_name[0] = '\0';
2729 }
2730 #endif
2731
2732 #ifdef SMP
2733
2734 /*
2735  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2736  * the topology tree.
2737  */
2738 static int
2739 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2740     int indent)
2741 {
2742         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2743         int i, first;
2744
2745         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2746             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2747         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2748             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2749         first = TRUE;
2750         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2751                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2752                         if (!first)
2753                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2754                         else
2755                                 first = FALSE;
2756                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2757                 }
2758         }
2759         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2760
2761         if (cg->cg_flags != 0) {
2762                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2763                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2764                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2765                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2766                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2767                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2768                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2769                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2770         }
2771
2772         if (cg->cg_children > 0) {
2773                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2774                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2775                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2776                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2777                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2778         }
2779         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2780         return (0);
2781 }
2782
2783 /*
2784  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2785  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2786  */
2787 static int
2788 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2789 {
2790         struct sbuf *topo;
2791         int err;
2792
2793         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2794
2795         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2796         if (topo == NULL)
2797                 return (ENOMEM);
2798
2799         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2800         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2801         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2802
2803         if (err == 0) {
2804                 sbuf_finish(topo);
2805                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2806         }
2807         sbuf_delete(topo);
2808         return (err);
2809 }
2810
2811 #endif
2812
2813 static int
2814 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2815 {
2816         int error, new_val, period;
2817
2818         period = 1000000 / realstathz;
2819         new_val = period * sched_slice;
2820         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2821         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2822                 return (error);
2823         if (new_val <= 0)
2824                 return (EINVAL);
2825         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2826         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2827             realstathz);
2828         return (0);
2829 }
2830
2831 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2832 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2833     "Scheduler name");
2834 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2835     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2836     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2837 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2838     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2839 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2840     "Interactivity score threshold");
2841 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2842     &preempt_thresh, 0,
2843     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2844 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2845     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2846 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2847     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2848 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2849     &sched_idlespinthresh, 0,
2850     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2851 #ifdef SMP
2852 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2853     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2854 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2855     "Enables the long-term load balancer");
2856 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2857     &balance_interval, 0,
2858     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2859 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2860     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2861 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2862     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2863 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2864     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2865     "XML dump of detected CPU topology");
2866 #endif
2867
2868 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2869 static int ccpu = 0;
2870 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");