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