]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
MFC r270423:
[FreeBSD/stable/10.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 #define KTR_ULE 0
81
82 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
83 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
84 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
85
86 /*
87  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
88  * by the thread lock.
89  */
90 struct td_sched {       
91         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
92         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
93         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
94         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
95         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
96         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
97         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
98         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
99         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
100         int             ts_ticks;       /* Tick count */
101 #ifdef KTR
102         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
103 #endif
104 };
105 /* flags kept in ts_flags */
106 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
107 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
108
109 static struct td_sched td_sched0;
110
111 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
112 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
113     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
114
115 /*
116  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
117  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
118  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
119  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
120  * ranges supporting nice values.
121  */
122 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
123 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
124 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
125
126 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
127 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
128 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
129 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
130
131 /*
132  * Cpu percentage computation macros and defines.
133  *
134  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
135  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
136  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
137  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
138  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
139  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
140  */
141 #define SCHED_TICK_SECS         10
142 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
143 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
144 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
145 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
146 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
147
148 /*
149  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
150  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
151  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
152  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
153  * or positive nice respectively.
154  *
155  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
156  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
157  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
158  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
159  */
160 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
161 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
162 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
163 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
164 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
165 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
166     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
167     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
168 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
169
170 /*
171  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
172  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
173  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
174  * models the intent of the thread.
175  *
176  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
177  *              before throttling back.
178  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
179  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
180  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
181  */
182 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
183 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
184 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
185 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
186 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
187
188 /*
189  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
190  */
191 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
192 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
193
194 /* Flags kept in td_flags. */
195 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
196
197 /*
198  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
199  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
200  *                      due to rounding would be unacceptably high.
201  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
202  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
203  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
204  */
205 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
206 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
207 static int realstathz = 127;    /* reset during boot. */
208 static int sched_slice = 10;    /* reset during boot. */
209 static int sched_slice_min = 1; /* reset during boot. */
210 #ifdef PREEMPTION
211 #ifdef FULL_PREEMPTION
212 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
213 #else
214 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
215 #endif
216 #else 
217 static int preempt_thresh = 0;
218 #endif
219 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
220 static int sched_idlespins = 10000;
221 static int sched_idlespinthresh = -1;
222
223 /*
224  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
225  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
226  * locking in sched_pickcpu();
227  */
228 struct tdq {
229         /* 
230          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
231          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
232          * tdq_cpu_idle.
233          */
234         struct mtx_padalign tdq_lock;           /* run queue lock. */
235         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
236         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
237         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
238         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
239         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
240         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
241         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
242         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
243         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
244         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
245         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
246         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
247         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
248         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
249         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
250 #ifdef KTR
251         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
252 #endif
253 } __aligned(64);
254
255 /* Idle thread states and config. */
256 #define TDQ_RUNNING     1
257 #define TDQ_IDLE        2
258
259 #ifdef SMP
260 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
261
262 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
263 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
264
265 /*
266  * Run-time tunables.
267  */
268 static int rebalance = 1;
269 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
270 static int affinity;
271 static int steal_idle = 1;
272 static int steal_thresh = 2;
273
274 /*
275  * One thread queue per processor.
276  */
277 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
278 static struct tdq       *balance_tdq;
279 static int balance_ticks;
280 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
281
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
284 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
285 #else   /* !SMP */
286 static struct tdq       tdq_cpu;
287
288 #define TDQ_ID(x)       (0)
289 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
290 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
291 #endif
292
293 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
294 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
295 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
296 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
297 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
298
299 static void sched_priority(struct thread *);
300 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
301 static int sched_interact_score(struct thread *);
302 static void sched_interact_update(struct thread *);
303 static void sched_interact_fork(struct thread *);
304 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
305
306 /* Operations on per processor queues */
307 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
308 static void tdq_setup(struct tdq *);
309 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
310 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
311 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
312 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
313 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
314 void tdq_print(int cpu);
315 static void runq_print(struct runq *rq);
316 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
317 #ifdef SMP
318 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
319 static int tdq_idled(struct tdq *);
320 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
321 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
322 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
323 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
324 static void sched_balance(void);
325 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
326 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
327 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
328 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
329 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
330 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
331     struct cpu_group *cg, int indent);
332 #endif
333
334 static void sched_setup(void *dummy);
335 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
336
337 static void sched_initticks(void *dummy);
338 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
339     NULL);
340
341 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
342
343 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *", 
344     "struct proc *", "uint8_t");
345 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
346     "struct proc *", "void *");
347 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
348     "struct proc *", "void *", "int");
349 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
350     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
351 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
352 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
353     "struct proc *");
354 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
355 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
356 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *", 
357     "struct proc *");
358
359 /*
360  * Print the threads waiting on a run-queue.
361  */
362 static void
363 runq_print(struct runq *rq)
364 {
365         struct rqhead *rqh;
366         struct thread *td;
367         int pri;
368         int j;
369         int i;
370
371         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
372                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
373                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
374                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
375                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
376                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
377                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
378                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
379                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
380                                             td, td->td_name, td->td_priority,
381                                             td->td_rqindex, pri);
382                                 }
383                         }
384         }
385 }
386
387 /*
388  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
389  */
390 void
391 tdq_print(int cpu)
392 {
393         struct tdq *tdq;
394
395         tdq = TDQ_CPU(cpu);
396
397         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
398         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
399         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
400         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
401         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
402         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
403         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
404         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
405         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
406         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
407         printf("\trealtime runq:\n");
408         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
409         printf("\ttimeshare runq:\n");
410         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
411         printf("\tidle runq:\n");
412         runq_print(&tdq->tdq_idle);
413 }
414
415 static inline int
416 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
417 {
418         /*
419          * If the new priority is not better than the current priority there is
420          * nothing to do.
421          */
422         if (pri >= cpri)
423                 return (0);
424         /*
425          * Always preempt idle.
426          */
427         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
428                 return (1);
429         /*
430          * If preemption is disabled don't preempt others.
431          */
432         if (preempt_thresh == 0)
433                 return (0);
434         /*
435          * Preempt if we exceed the threshold.
436          */
437         if (pri <= preempt_thresh)
438                 return (1);
439         /*
440          * If we're interactive or better and there is non-interactive
441          * or worse running preempt only remote processors.
442          */
443         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
444                 return (1);
445         return (0);
446 }
447
448 /*
449  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
450  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
451  * queue position for timeshare threads.
452  */
453 static __inline void
454 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
455 {
456         struct td_sched *ts;
457         u_char pri;
458
459         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
460         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
461
462         pri = td->td_priority;
463         ts = td->td_sched;
464         TD_SET_RUNQ(td);
465         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
466                 tdq->tdq_transferable++;
467                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
468         }
469         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
470                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
471         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
472                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
473                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
474                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
475                 /*
476                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
477                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
478                  */
479                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
480                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
481                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
482                         /*
483                          * This effectively shortens the queue by one so we
484                          * can have a one slot difference between idx and
485                          * ridx while we wait for threads to drain.
486                          */
487                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
488                             pri == tdq->tdq_ridx)
489                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
490                 } else
491                         pri = tdq->tdq_ridx;
492                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
493                 return;
494         } else
495                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
496         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
497 }
498
499 /* 
500  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
501  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
502  * transferable count does not reflect them.
503  */
504 static __inline void
505 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
506 {
507         struct td_sched *ts;
508
509         ts = td->td_sched;
510         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
511         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
512             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
513         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
514                 tdq->tdq_transferable--;
515                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
516         }
517         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
518                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
519                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
520                 else
521                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
522         } else
523                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
524 }
525
526 /*
527  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
528  * for this thread to the referenced thread queue.
529  */
530 static void
531 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
532 {
533
534         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
535         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
536
537         tdq->tdq_load++;
538         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
539                 tdq->tdq_sysload++;
540         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
541         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
542 }
543
544 /*
545  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
546  * exiting.
547  */
548 static void
549 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
550 {
551
552         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
553         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
554         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
555             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
556
557         tdq->tdq_load--;
558         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
559                 tdq->tdq_sysload--;
560         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
561         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
562 }
563
564 /*
565  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
566  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
567  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
568  * no less than sched_slice_min runtime.
569  */
570 static inline int
571 tdq_slice(struct tdq *tdq)
572 {
573         int load;
574
575         /*
576          * It is safe to use sys_load here because this is called from
577          * contexts where timeshare threads are running and so there
578          * cannot be higher priority load in the system.
579          */
580         load = tdq->tdq_sysload - 1;
581         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
582                 return (sched_slice_min);
583         if (load <= 1)
584                 return (sched_slice);
585         return (sched_slice / load);
586 }
587
588 /*
589  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
590  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
591  */
592 static void
593 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
594 {
595         struct thread *td;
596
597         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
598         if (ctd == NULL)
599                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
600         td = tdq_choose(tdq);
601         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
602                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
603         else
604                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
605 }
606
607 #ifdef SMP
608 struct cpu_search {
609         cpuset_t cs_mask;
610         u_int   cs_prefer;
611         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
612         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
613         int     cs_cpu;
614         int     cs_load;
615 };
616
617 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
618 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
619 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
620
621 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
622         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
623                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
624
625 static __always_inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg,
626     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high, const int match);
627 int __noinline cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg,
628     struct cpu_search *low);
629 int __noinline cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg,
630     struct cpu_search *high);
631 int __noinline cpu_search_both(const struct cpu_group *cg,
632     struct cpu_search *low, struct cpu_search *high);
633
634 /*
635  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
636  * according to the match argument.  This routine actually compares the
637  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
638  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
639  * the system.  This balances work among caches and busses.
640  *
641  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
642  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
643  * also recursive to the depth of the tree.
644  */
645 static __always_inline int
646 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
647     struct cpu_search *high, const int match)
648 {
649         struct cpu_search lgroup;
650         struct cpu_search hgroup;
651         cpuset_t cpumask;
652         struct cpu_group *child;
653         struct tdq *tdq;
654         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
655
656         total = 0;
657         cpumask = cg->cg_mask;
658         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
659                 lload = INT_MAX;
660                 lgroup = *low;
661         }
662         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
663                 hload = INT_MIN;
664                 hgroup = *high;
665         }
666
667         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
668         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
669                 if (i == 0) {
670 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
671                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
672 #else
673                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
674                                 cpu--;
675 #endif
676                         if (cpu < 0)
677                                 break;
678                         child = NULL;
679                 } else
680                         child = &cg->cg_child[i - 1];
681
682                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
683                         lgroup.cs_cpu = -1;
684                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
685                         hgroup.cs_cpu = -1;
686                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
687                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
688                         switch (match) {
689                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
690                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
691                                 break;
692                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
693                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
694                                 break;
695                         case CPU_SEARCH_BOTH:
696                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
697                                 break;
698                         }
699                 } else {                        /* Handle child CPU. */
700                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
701                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
702                         load = tdq->tdq_load * 256;
703                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
704                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
705                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
706                                 if (cpu == low->cs_prefer)
707                                         load -= 64;
708                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
709                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
710                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
711                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
712                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
713                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
714                                 }
715                         }
716                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
717                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
718                                     tdq->tdq_transferable &&
719                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
720                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
721                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
722                                 }
723                 }
724                 total += load;
725
726                 /* We have info about child item. Compare it. */
727                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
728                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
729                             (load < lload ||
730                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
731                                 lload = load;
732                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
733                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
734                         }
735                 }
736                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
737                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
738                             (load > hload ||
739                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
740                                 hload = load;
741                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
742                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
743                         }
744                 if (child) {
745                         i--;
746                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
747                                 break;
748                 }
749 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
750                 else
751                         cpu--;
752 #endif
753         }
754         return (total);
755 }
756
757 /*
758  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
759  * optimization.
760  */
761 int
762 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
763 {
764         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
765 }
766
767 int
768 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
769 {
770         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
771 }
772
773 int
774 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
775     struct cpu_search *high)
776 {
777         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
778 }
779
780 /*
781  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
782  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
783  * acceptable.
784  */
785 static inline int
786 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
787     int prefer)
788 {
789         struct cpu_search low;
790
791         low.cs_cpu = -1;
792         low.cs_prefer = prefer;
793         low.cs_mask = mask;
794         low.cs_pri = pri;
795         low.cs_limit = maxload;
796         cpu_search_lowest(cg, &low);
797         return low.cs_cpu;
798 }
799
800 /*
801  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
802  */
803 static inline int
804 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
805 {
806         struct cpu_search high;
807
808         high.cs_cpu = -1;
809         high.cs_mask = mask;
810         high.cs_limit = minload;
811         cpu_search_highest(cg, &high);
812         return high.cs_cpu;
813 }
814
815 static void
816 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
817 {
818         cpuset_t hmask, lmask;
819         int high, low, anylow;
820
821         CPU_FILL(&hmask);
822         for (;;) {
823                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
824                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
825                 if (high == -1)
826                         break;
827                 CPU_CLR(high, &hmask);
828                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
829                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
830                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
831                         break;
832                 anylow = 1;
833 nextlow:
834                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
835                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
836                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
837                 if (anylow && low == -1)
838                         break;
839                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
840                 if (low == -1)
841                         continue;
842                 /* Transfer thread from high to low. */
843                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
844                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
845                         CPU_CLR(low, &hmask);
846                 } else {
847                         /*
848                          * If failed, then there is no threads on high
849                          * that can run on this low. Drop low from low
850                          * mask and look for different one.
851                          */
852                         CPU_CLR(low, &lmask);
853                         anylow = 0;
854                         goto nextlow;
855                 }
856         }
857 }
858
859 static void
860 sched_balance(void)
861 {
862         struct tdq *tdq;
863
864         /*
865          * Select a random time between .5 * balance_interval and
866          * 1.5 * balance_interval.
867          */
868         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
869         balance_ticks += random() % balance_interval;
870         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
871                 return;
872         tdq = TDQ_SELF();
873         TDQ_UNLOCK(tdq);
874         sched_balance_group(cpu_top);
875         TDQ_LOCK(tdq);
876 }
877
878 /*
879  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
880  */
881 static void
882 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
883 {
884         if (one < two) {
885                 TDQ_LOCK(one);
886                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
887         } else {
888                 TDQ_LOCK(two);
889                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
890         }
891 }
892
893 /*
894  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
895  */
896 static void
897 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
898 {
899         TDQ_UNLOCK(one);
900         TDQ_UNLOCK(two);
901 }
902
903 /*
904  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
905  */
906 static int
907 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
908 {
909         int moved;
910         int cpu;
911
912         tdq_lock_pair(high, low);
913         moved = 0;
914         /*
915          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
916          * threads we actually have to give up (transferable).
917          */
918         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
919             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
920                 /*
921                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
922                  * reschedule with the new workload.
923                  */
924                 cpu = TDQ_ID(low);
925                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
926                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
927         }
928         tdq_unlock_pair(high, low);
929         return (moved);
930 }
931
932 /*
933  * Move a thread from one thread queue to another.
934  */
935 static int
936 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
937 {
938         struct td_sched *ts;
939         struct thread *td;
940         struct tdq *tdq;
941         int cpu;
942
943         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
944         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
945
946         tdq = from;
947         cpu = TDQ_ID(to);
948         td = tdq_steal(tdq, cpu);
949         if (td == NULL)
950                 return (0);
951         ts = td->td_sched;
952         /*
953          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
954          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
955          */
956         thread_lock(td);
957         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
958         TDQ_UNLOCK(from);
959         sched_rem(td);
960         ts->ts_cpu = cpu;
961         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
962         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
963         return (1);
964 }
965
966 /*
967  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
968  * to it.
969  */
970 static int
971 tdq_idled(struct tdq *tdq)
972 {
973         struct cpu_group *cg;
974         struct tdq *steal;
975         cpuset_t mask;
976         int thresh;
977         int cpu;
978
979         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
980                 return (1);
981         CPU_FILL(&mask);
982         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
983         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
984         spinlock_enter();
985         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
986                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
987                         thresh = steal_thresh;
988                 else
989                         thresh = 1;
990                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
991                 if (cpu == -1) {
992                         cg = cg->cg_parent;
993                         continue;
994                 }
995                 steal = TDQ_CPU(cpu);
996                 CPU_CLR(cpu, &mask);
997                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
998                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
999                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1000                         continue;
1001                 }
1002                 /*
1003                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
1004                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
1005                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
1006                  * set.
1007                  */
1008                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1009                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1010                         continue;
1011                 }
1012                 spinlock_exit();
1013                 TDQ_UNLOCK(steal);
1014                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1015                 thread_unlock(curthread);
1016
1017                 return (0);
1018         }
1019         spinlock_exit();
1020         return (1);
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1025  */
1026 static void
1027 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1028 {
1029         struct thread *ctd;
1030         int pri;
1031         int cpu;
1032
1033         if (tdq->tdq_ipipending)
1034                 return;
1035         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1036         pri = td->td_priority;
1037         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1038         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1039                 return;
1040         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1041                 /*
1042                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1043                  * falling back to IPI.
1044                  */
1045                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1046                         return;
1047         }
1048         tdq->tdq_ipipending = 1;
1049         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1050 }
1051
1052 /*
1053  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1054  * index.
1055  */
1056 static struct thread *
1057 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1058 {
1059         struct rqbits *rqb;
1060         struct rqhead *rqh;
1061         struct thread *td, *first;
1062         int bit;
1063         int pri;
1064         int i;
1065
1066         rqb = &rq->rq_status;
1067         bit = start & (RQB_BPW -1);
1068         pri = 0;
1069         first = NULL;
1070 again:
1071         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1072                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1073                         continue;
1074                 if (bit != 0) {
1075                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1076                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1077                                         break;
1078                         if (pri >= RQB_BPW)
1079                                 continue;
1080                 } else
1081                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1082                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1083                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1084                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1085                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1086                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1087                                 return (td);
1088                         first = td;
1089                 }
1090         }
1091         if (start != 0) {
1092                 start = 0;
1093                 goto again;
1094         }
1095
1096         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1097             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1098                 return (first);
1099         return (NULL);
1100 }
1101
1102 /*
1103  * Steals load from a standard linear queue.
1104  */
1105 static struct thread *
1106 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1107 {
1108         struct rqhead *rqh;
1109         struct rqbits *rqb;
1110         struct thread *td;
1111         int word;
1112         int bit;
1113
1114         rqb = &rq->rq_status;
1115         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1116                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1117                         continue;
1118                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1119                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1120                                 continue;
1121                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1122                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1123                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1124                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1125                                         return (td);
1126                 }
1127         }
1128         return (NULL);
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1133  */
1134 static struct thread *
1135 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1136 {
1137         struct thread *td;
1138
1139         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1140         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1141                 return (td);
1142         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1143             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1144                 return (td);
1145         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1146 }
1147
1148 /*
1149  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1150  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1151  */
1152 static inline struct tdq *
1153 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1154 {
1155
1156         struct tdq *tdq;
1157
1158         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1159         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1160         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1161         /*
1162          * If the lock matches just return the queue.
1163          */
1164         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1165                 return (tdq);
1166 #ifdef notyet
1167         /*
1168          * If the thread isn't running its lockptr is a
1169          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1170          * blocking.
1171          */
1172         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1173                 TDQ_LOCK(tdq);
1174                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1175                 return (tdq);
1176         }
1177 #endif
1178         /*
1179          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1180          * prevent order reversals with other cpus locks.
1181          */
1182         spinlock_enter();
1183         thread_lock_block(td);
1184         TDQ_LOCK(tdq);
1185         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1186         spinlock_exit();
1187         return (tdq);
1188 }
1189
1190 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1191 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1192 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1193 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1194 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1195 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1196
1197 static int
1198 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1199 {
1200         struct cpu_group *cg, *ccg;
1201         struct td_sched *ts;
1202         struct tdq *tdq;
1203         cpuset_t mask;
1204         int cpu, pri, self;
1205
1206         self = PCPU_GET(cpuid);
1207         ts = td->td_sched;
1208         if (smp_started == 0)
1209                 return (self);
1210         /*
1211          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1212          */
1213         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1214                 return (ts->ts_cpu);
1215         /*
1216          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1217          * the interrupt.
1218          */
1219         pri = td->td_priority;
1220         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1221             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1222                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1223                 ts->ts_cpu = self;
1224                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1225                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1226                         return (ts->ts_cpu);
1227                 }
1228         }
1229         /*
1230          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1231          * expired or it is idle run it there.
1232          */
1233         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1234         cg = tdq->tdq_cg;
1235         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1236             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1237             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1238                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1239                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1240                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1241                                         break;
1242                         }
1243                 } else
1244                         cpu = INT_MAX;
1245                 if (cpu > mp_maxid) {
1246                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1247                         return (ts->ts_cpu);
1248                 }
1249         }
1250         /*
1251          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1252          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1253          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1254          */
1255         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1256                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1257                         continue;
1258                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1259                         continue;
1260                 ccg = cg;
1261         }
1262         if (ccg != NULL)
1263                 cg = ccg;
1264         cpu = -1;
1265         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1266         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1267         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1268             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1269                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1270                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1271         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1272         if (cpu == -1)
1273                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1274         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1275         if (cpu == -1)
1276                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1277         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1278         /*
1279          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1280          */
1281         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1282             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1283             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1284                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1285                 cpu = self;
1286         } else
1287                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1288         if (cpu != ts->ts_cpu)
1289                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1290         return (cpu);
1291 }
1292 #endif
1293
1294 /*
1295  * Pick the highest priority task we have and return it.
1296  */
1297 static struct thread *
1298 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1299 {
1300         struct thread *td;
1301
1302         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1303         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1304         if (td != NULL)
1305                 return (td);
1306         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1307         if (td != NULL) {
1308                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1309                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1310                     td->td_priority));
1311                 return (td);
1312         }
1313         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1314         if (td != NULL) {
1315                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1316                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1317                     td->td_priority));
1318                 return (td);
1319         }
1320
1321         return (NULL);
1322 }
1323
1324 /*
1325  * Initialize a thread queue.
1326  */
1327 static void
1328 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1329 {
1330
1331         if (bootverbose)
1332                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1333         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1334         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1335         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1336         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1337             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1338         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1339             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1340 #ifdef KTR
1341         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1342             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1343 #endif
1344 }
1345
1346 #ifdef SMP
1347 static void
1348 sched_setup_smp(void)
1349 {
1350         struct tdq *tdq;
1351         int i;
1352
1353         cpu_top = smp_topo();
1354         CPU_FOREACH(i) {
1355                 tdq = TDQ_CPU(i);
1356                 tdq_setup(tdq);
1357                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1358                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1359                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1360         }
1361         balance_tdq = TDQ_SELF();
1362         sched_balance();
1363 }
1364 #endif
1365
1366 /*
1367  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1368  * information.
1369  */
1370 static void
1371 sched_setup(void *dummy)
1372 {
1373         struct tdq *tdq;
1374
1375         tdq = TDQ_SELF();
1376 #ifdef SMP
1377         sched_setup_smp();
1378 #else
1379         tdq_setup(tdq);
1380 #endif
1381
1382         /* Add thread0's load since it's running. */
1383         TDQ_LOCK(tdq);
1384         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1385         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1386         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1387         TDQ_UNLOCK(tdq);
1388 }
1389
1390 /*
1391  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1392  */
1393 /* ARGSUSED */
1394 static void
1395 sched_initticks(void *dummy)
1396 {
1397         int incr;
1398
1399         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1400         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1401         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1402         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1403             realstathz);
1404
1405         /*
1406          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1407          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1408          */
1409         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1410         /*
1411          * This does not work for values of stathz that are more than
1412          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1413          */
1414         if (incr == 0)
1415                 incr = 1;
1416         tickincr = incr;
1417 #ifdef SMP
1418         /*
1419          * Set the default balance interval now that we know
1420          * what realstathz is.
1421          */
1422         balance_interval = realstathz;
1423         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1424 #endif
1425         if (sched_idlespinthresh < 0)
1426                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1427 }
1428
1429
1430 /*
1431  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1432  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1433  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1434  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1435  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1436  */
1437 static int
1438 sched_interact_score(struct thread *td)
1439 {
1440         struct td_sched *ts;
1441         int div;
1442
1443         ts = td->td_sched;
1444         /*
1445          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1446          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1447          * no chance.
1448          */
1449         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1450                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1451                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1452
1453         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1454                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1455                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1456                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1457         }
1458         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1459                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1460                 return (ts->ts_runtime / div);
1461         }
1462         /* runtime == slptime */
1463         if (ts->ts_runtime)
1464                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1465
1466         /*
1467          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1468          */
1469         return (0);
1470
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1475  * process.
1476  */
1477 static void
1478 sched_priority(struct thread *td)
1479 {
1480         int score;
1481         int pri;
1482
1483         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1484                 return;
1485         /*
1486          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1487          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1488          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1489          *
1490          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1491          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1492          * utilization and the rest is decided by nice value.
1493          *
1494          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1495          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1496          * considered interactive.
1497          */
1498         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1499         if (score < sched_interact) {
1500                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1501                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1502                     sched_interact) * score;
1503                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1504                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1505                     pri, score));
1506         } else {
1507                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1508                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1509                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1510                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1511                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1512                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1513                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1514                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1515                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1516                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1517                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1518         }
1519         sched_user_prio(td, pri);
1520
1521         return;
1522 }
1523
1524 /*
1525  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1526  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1527  * function is ugly due to integer math.
1528  */
1529 static void
1530 sched_interact_update(struct thread *td)
1531 {
1532         struct td_sched *ts;
1533         u_int sum;
1534
1535         ts = td->td_sched;
1536         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1537         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1538                 return;
1539         /*
1540          * This only happens from two places:
1541          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1542          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1543          */
1544         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1545                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1546                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1547                         ts->ts_slptime = 1;
1548                 } else {
1549                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1550                         ts->ts_runtime = 1;
1551                 }
1552                 return;
1553         }
1554         /*
1555          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1556          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1557          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1558          */
1559         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1560                 ts->ts_runtime /= 2;
1561                 ts->ts_slptime /= 2;
1562                 return;
1563         }
1564         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1565         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1566 }
1567
1568 /*
1569  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1570  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1571  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1572  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1573  */
1574 static void
1575 sched_interact_fork(struct thread *td)
1576 {
1577         int ratio;
1578         int sum;
1579
1580         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1581         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1582                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1583                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1584                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1585         }
1586 }
1587
1588 /*
1589  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1590  */
1591 void
1592 schedinit(void)
1593 {
1594
1595         /*
1596          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1597          */
1598         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1599         thread0.td_sched = &td_sched0;
1600         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1601         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1602         td_sched0.ts_slice = 0;
1603 }
1604
1605 /*
1606  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1607  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1608  * at most sched_slice stathz ticks.
1609  */
1610 int
1611 sched_rr_interval(void)
1612 {
1613
1614         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1615         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1616 }
1617
1618 /*
1619  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1620  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1621  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1622  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1623  */
1624 static void
1625 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1626 {
1627         int t = ticks;
1628
1629         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1630                 ts->ts_ticks = 0;
1631                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1632         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1633                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1634                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1635                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1636         }
1637         if (run)
1638                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1639         ts->ts_ltick = t;
1640 }
1641
1642 /*
1643  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1644  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1645  * functions.
1646  */
1647 static void
1648 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1649 {
1650         struct td_sched *ts;
1651         struct tdq *tdq;
1652         int oldpri;
1653
1654         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1655             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1656             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1657         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1658         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1659                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1660                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1661                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1662                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1663                     curthread);
1664         } 
1665         ts = td->td_sched;
1666         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1667         if (td->td_priority == prio)
1668                 return;
1669         /*
1670          * If the priority has been elevated due to priority
1671          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1672          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1673          * cases.
1674          */
1675         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1676                 sched_rem(td);
1677                 td->td_priority = prio;
1678                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1679                 return;
1680         }
1681         /*
1682          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1683          * information so other cpus are aware of our current priority.
1684          */
1685         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1686                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1687                 oldpri = td->td_priority;
1688                 td->td_priority = prio;
1689                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1690                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1691                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1692                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1693                 return;
1694         }
1695         td->td_priority = prio;
1696 }
1697
1698 /*
1699  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1700  * priority.
1701  */
1702 void
1703 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1704 {
1705
1706         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1707         sched_thread_priority(td, prio);
1708 }
1709
1710 /*
1711  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1712  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1713  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1714  * requests.  If the thread's regular priority is less
1715  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1716  * of prio.
1717  */
1718 void
1719 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1720 {
1721         u_char base_pri;
1722
1723         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1724             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1725                 base_pri = td->td_user_pri;
1726         else
1727                 base_pri = td->td_base_pri;
1728         if (prio >= base_pri) {
1729                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1730                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1731         } else
1732                 sched_lend_prio(td, prio);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1737  */
1738 void
1739 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1740 {
1741         u_char oldprio;
1742
1743         /* First, update the base priority. */
1744         td->td_base_pri = prio;
1745
1746         /*
1747          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1748          * ever lower the priority.
1749          */
1750         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1751                 return;
1752
1753         /* Change the real priority. */
1754         oldprio = td->td_priority;
1755         sched_thread_priority(td, prio);
1756
1757         /*
1758          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1759          * its state.
1760          */
1761         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1762                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1763 }
1764
1765 /*
1766  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1767  */
1768 void
1769 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1770 {
1771
1772         td->td_base_user_pri = prio;
1773         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1774                 return;
1775         td->td_user_pri = prio;
1776 }
1777
1778 void
1779 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1780 {
1781
1782         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1783         td->td_lend_user_pri = prio;
1784         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1785         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1786                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1787         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1788                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1789 }
1790
1791 /*
1792  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1793  * cpu binding.
1794  */
1795 static struct mtx *
1796 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1797 {
1798         struct tdq *tdn;
1799
1800         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1801 #ifdef SMP
1802         tdq_load_rem(tdq, td);
1803         /*
1804          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1805          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1806          * not holding either run-queue lock.
1807          */
1808         spinlock_enter();
1809         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1810
1811         /*
1812          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1813          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1814          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1815          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1816          * question while the target processor is spinning with its own
1817          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1818          */
1819         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1820         tdq_add(tdn, td, flags);
1821         tdq_notify(tdn, td);
1822         TDQ_UNLOCK(tdn);
1823         spinlock_exit();
1824 #endif
1825         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1826 }
1827
1828 /*
1829  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1830  * is blocked.
1831  */
1832 static inline void
1833 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1834 {
1835         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1836             (uintptr_t)mtx);
1837 }
1838
1839 /*
1840  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1841  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1842  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1843  * be assigned elsewhere via binding.
1844  */
1845 void
1846 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1847 {
1848         struct tdq *tdq;
1849         struct td_sched *ts;
1850         struct mtx *mtx;
1851         int srqflag;
1852         int cpuid, preempted;
1853
1854         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1855         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1856
1857         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1858         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1859         ts = td->td_sched;
1860         mtx = td->td_lock;
1861         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1862         ts->ts_rltick = ticks;
1863         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1864         td->td_oncpu = NOCPU;
1865         preempted = !((td->td_flags & TDF_SLICEEND) ||
1866             (flags & SWT_RELINQUISH));
1867         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1868         td->td_owepreempt = 0;
1869         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1870                 tdq->tdq_switchcnt++;
1871         /*
1872          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1873          * to CAN_RUN as well.
1874          */
1875         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1876                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1877                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1878         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1879                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1880                 srqflag = preempted ?
1881                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1882                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1883 #ifdef SMP
1884                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1885                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1886 #endif
1887                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1888                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1889                 else {
1890                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1891                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1892                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1893                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1894                 }
1895         } else {
1896                 /* This thread must be going to sleep. */
1897                 TDQ_LOCK(tdq);
1898                 mtx = thread_lock_block(td);
1899                 tdq_load_rem(tdq, td);
1900         }
1901         /*
1902          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1903          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1904          * thread-queue locked.
1905          */
1906         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1907         newtd = choosethread();
1908         /*
1909          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1910          */
1911         if (td != newtd) {
1912 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1913                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1914                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1915 #endif
1916                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1917                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1918                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1919                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1920
1921 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1922                 /*
1923                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1924                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1925                  * function to call.
1926                  */
1927                 if (dtrace_vtime_active)
1928                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1929 #endif
1930
1931                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1932                 /*
1933                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1934                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1935                  * run queue lock.
1936                  */
1937                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1938                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1939                 lock_profile_obtain_lock_success(
1940                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1941
1942                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1943 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1944                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1945                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1946 #endif
1947         } else {
1948                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1949                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1950         }
1951         /*
1952          * Assert that all went well and return.
1953          */
1954         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1955         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1956         td->td_oncpu = cpuid;
1957 }
1958
1959 /*
1960  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1961  */
1962 void
1963 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1964 {
1965         struct thread *td;
1966
1967         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1968
1969         p->p_nice = nice;
1970         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1971                 thread_lock(td);
1972                 sched_priority(td);
1973                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1974                 thread_unlock(td);
1975         }
1976 }
1977
1978 /*
1979  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1980  */
1981 void
1982 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1983 {
1984
1985         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1986
1987         td->td_slptick = ticks;
1988         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1989                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1990         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1991                 return;
1992         if (static_boost == 1 && prio)
1993                 sched_prio(td, prio);
1994         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1995                 sched_prio(td, static_boost);
1996 }
1997
1998 /*
1999  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2000  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2001  */
2002 void
2003 sched_wakeup(struct thread *td)
2004 {
2005         struct td_sched *ts;
2006         int slptick;
2007
2008         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2009         ts = td->td_sched;
2010         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2011         /*
2012          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2013          * priority.
2014          */
2015         slptick = td->td_slptick;
2016         td->td_slptick = 0;
2017         if (slptick && slptick != ticks) {
2018                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2019                 sched_interact_update(td);
2020                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2021         }
2022         /*
2023          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2024          */
2025         ts->ts_slice = 0;
2026         sched_add(td, SRQ_BORING);
2027 }
2028
2029 /*
2030  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2031  * priority.
2032  */
2033 void
2034 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2035 {
2036         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2037         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2038         sched_fork_thread(td, child);
2039         /*
2040          * Penalize the parent and child for forking.
2041          */
2042         sched_interact_fork(child);
2043         sched_priority(child);
2044         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2045         sched_interact_update(td);
2046         sched_priority(td);
2047 }
2048
2049 /*
2050  * Fork a new thread, may be within the same process.
2051  */
2052 void
2053 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2054 {
2055         struct td_sched *ts;
2056         struct td_sched *ts2;
2057         struct tdq *tdq;
2058
2059         tdq = TDQ_SELF();
2060         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2061         /*
2062          * Initialize child.
2063          */
2064         ts = td->td_sched;
2065         ts2 = child->td_sched;
2066         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2067         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2068         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2069         ts2->ts_flags = 0;
2070         /*
2071          * Grab our parents cpu estimation information.
2072          */
2073         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2074         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2075         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2076         /*
2077          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2078          */
2079         child->td_priority = child->td_base_pri;
2080         /*
2081          * And update interactivity score.
2082          */
2083         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2084         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2085         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2086         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2087 #ifdef KTR
2088         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2089 #endif
2090 }
2091
2092 /*
2093  * Adjust the priority class of a thread.
2094  */
2095 void
2096 sched_class(struct thread *td, int class)
2097 {
2098
2099         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2100         if (td->td_pri_class == class)
2101                 return;
2102         td->td_pri_class = class;
2103 }
2104
2105 /*
2106  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2107  */
2108 void
2109 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2110 {
2111         struct thread *td;
2112
2113         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2114             "prio:%d", child->td_priority);
2115         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2116         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2117         sched_exit_thread(td, child);
2118 }
2119
2120 /*
2121  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2122  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2123  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2124  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2125  */
2126 void
2127 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2128 {
2129
2130         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2131             "prio:%d", child->td_priority);
2132         /*
2133          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2134          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2135          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2136          */
2137         thread_lock(td);
2138         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2139         sched_interact_update(td);
2140         sched_priority(td);
2141         thread_unlock(td);
2142 }
2143
2144 void
2145 sched_preempt(struct thread *td)
2146 {
2147         struct tdq *tdq;
2148
2149         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2150
2151         thread_lock(td);
2152         tdq = TDQ_SELF();
2153         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2154         tdq->tdq_ipipending = 0;
2155         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2156                 int flags;
2157
2158                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2159                 if (td->td_critnest > 1)
2160                         td->td_owepreempt = 1;
2161                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2162                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2163                 else
2164                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2165         }
2166         thread_unlock(td);
2167 }
2168
2169 /*
2170  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2171  * to static priorities in msleep() or similar.
2172  */
2173 void
2174 sched_userret(struct thread *td)
2175 {
2176         /*
2177          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2178          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2179          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2180          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2181          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2182          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2183          * it perfectly here.
2184          */
2185         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2186             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2187         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2188                 thread_lock(td);
2189                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2190                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2191                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2192                 thread_unlock(td);
2193         }
2194 }
2195
2196 /*
2197  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2198  * threads.
2199  */
2200 void
2201 sched_clock(struct thread *td)
2202 {
2203         struct tdq *tdq;
2204         struct td_sched *ts;
2205
2206         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2207         tdq = TDQ_SELF();
2208 #ifdef SMP
2209         /*
2210          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2211          */
2212         if (balance_tdq == tdq) {
2213                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2214                         sched_balance();
2215         }
2216 #endif
2217         /*
2218          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2219          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2220          * If there is some activity seed it to reflect that.
2221          */
2222         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2223         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2224         /*
2225          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2226          * threads get a chance to run.
2227          */
2228         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2229                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2230                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2231                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2232         }
2233         ts = td->td_sched;
2234         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2235         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2236                 return;
2237         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2238                 /*
2239                  * We used a tick; charge it to the thread so
2240                  * that we can compute our interactivity.
2241                  */
2242                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2243                 sched_interact_update(td);
2244                 sched_priority(td);
2245         }
2246
2247         /*
2248          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2249          * time slice (default is 100ms).
2250          */
2251         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && ++ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2252                 ts->ts_slice = 0;
2253                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2254         }
2255 }
2256
2257 /*
2258  * Called once per hz tick.
2259  */
2260 void
2261 sched_tick(int cnt)
2262 {
2263
2264 }
2265
2266 /*
2267  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2268  * cooperative idle threads.
2269  */
2270 int
2271 sched_runnable(void)
2272 {
2273         struct tdq *tdq;
2274         int load;
2275
2276         load = 1;
2277
2278         tdq = TDQ_SELF();
2279         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2280                 if (tdq->tdq_load > 0)
2281                         goto out;
2282         } else
2283                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2284                         goto out;
2285         load = 0;
2286 out:
2287         return (load);
2288 }
2289
2290 /*
2291  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2292  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2293  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2294  */
2295 struct thread *
2296 sched_choose(void)
2297 {
2298         struct thread *td;
2299         struct tdq *tdq;
2300
2301         tdq = TDQ_SELF();
2302         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2303         td = tdq_choose(tdq);
2304         if (td) {
2305                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2306                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2307                 return (td);
2308         }
2309         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2310         return (PCPU_GET(idlethread));
2311 }
2312
2313 /*
2314  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2315  * we always request it once we exit a critical section.
2316  */
2317 static inline void
2318 sched_setpreempt(struct thread *td)
2319 {
2320         struct thread *ctd;
2321         int cpri;
2322         int pri;
2323
2324         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2325
2326         ctd = curthread;
2327         pri = td->td_priority;
2328         cpri = ctd->td_priority;
2329         if (pri < cpri)
2330                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2331         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2332                 return;
2333         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2334                 return;
2335         ctd->td_owepreempt = 1;
2336 }
2337
2338 /*
2339  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2340  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2341  * predetermined.
2342  */
2343 void
2344 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2345 {
2346
2347         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2348         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2349             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2350         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2351             ("sched_add: bad thread state"));
2352         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2353             ("sched_add: thread swapped out"));
2354
2355         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2356                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2357         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2358         tdq_load_add(tdq, td);
2359 }
2360
2361 /*
2362  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2363  * preemption or IPI a remote processor if required.
2364  */
2365 void
2366 sched_add(struct thread *td, int flags)
2367 {
2368         struct tdq *tdq;
2369 #ifdef SMP
2370         int cpu;
2371 #endif
2372
2373         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2374             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2375             sched_tdname(curthread));
2376         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2377             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2378         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2379             flags & SRQ_PREEMPTED);
2380         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2381         /*
2382          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2383          * run-queue.
2384          */
2385         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2386                 sched_priority(td);
2387 #ifdef SMP
2388         /*
2389          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2390          * target cpu.
2391          */
2392         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2393         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2394         tdq_add(tdq, td, flags);
2395         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2396                 tdq_notify(tdq, td);
2397                 return;
2398         }
2399 #else
2400         tdq = TDQ_SELF();
2401         TDQ_LOCK(tdq);
2402         /*
2403          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2404          * to the scheduler's lock.
2405          */
2406         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2407         tdq_add(tdq, td, flags);
2408 #endif
2409         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2410                 sched_setpreempt(td);
2411 }
2412
2413 /*
2414  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2415  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2416  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2417  */
2418 void
2419 sched_rem(struct thread *td)
2420 {
2421         struct tdq *tdq;
2422
2423         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2424             "prio:%d", td->td_priority);
2425         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2426         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2427         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2428         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2429         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2430             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2431         tdq_runq_rem(tdq, td);
2432         tdq_load_rem(tdq, td);
2433         TD_SET_CAN_RUN(td);
2434         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2435                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2436 }
2437
2438 /*
2439  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2440  */
2441 fixpt_t
2442 sched_pctcpu(struct thread *td)
2443 {
2444         fixpt_t pctcpu;
2445         struct td_sched *ts;
2446
2447         pctcpu = 0;
2448         ts = td->td_sched;
2449         if (ts == NULL)
2450                 return (0);
2451
2452         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2453         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2454         if (ts->ts_ticks) {
2455                 int rtick;
2456
2457                 /* How many rtick per second ? */
2458                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2459                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2460         }
2461
2462         return (pctcpu);
2463 }
2464
2465 /*
2466  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2467  * cpumask.
2468  */
2469 void
2470 sched_affinity(struct thread *td)
2471 {
2472 #ifdef SMP
2473         struct td_sched *ts;
2474
2475         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2476         ts = td->td_sched;
2477         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2478                 return;
2479         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2480                 sched_rem(td);
2481                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2482                 return;
2483         }
2484         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2485                 return;
2486         /*
2487          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2488          * target thread is not running locally send an ipi to force
2489          * the issue.
2490          */
2491         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2492         if (td != curthread)
2493                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2494 #endif
2495 }
2496
2497 /*
2498  * Bind a thread to a target cpu.
2499  */
2500 void
2501 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2502 {
2503         struct td_sched *ts;
2504
2505         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2506         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2507         ts = td->td_sched;
2508         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2509                 sched_unbind(td);
2510         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2511         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2512         sched_pin();
2513         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2514                 return;
2515         ts->ts_cpu = cpu;
2516         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2517         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2518 }
2519
2520 /*
2521  * Release a bound thread.
2522  */
2523 void
2524 sched_unbind(struct thread *td)
2525 {
2526         struct td_sched *ts;
2527
2528         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2529         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2530         ts = td->td_sched;
2531         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2532                 return;
2533         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2534         sched_unpin();
2535 }
2536
2537 int
2538 sched_is_bound(struct thread *td)
2539 {
2540         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2541         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2542 }
2543
2544 /*
2545  * Basic yield call.
2546  */
2547 void
2548 sched_relinquish(struct thread *td)
2549 {
2550         thread_lock(td);
2551         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2552         thread_unlock(td);
2553 }
2554
2555 /*
2556  * Return the total system load.
2557  */
2558 int
2559 sched_load(void)
2560 {
2561 #ifdef SMP
2562         int total;
2563         int i;
2564
2565         total = 0;
2566         CPU_FOREACH(i)
2567                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2568         return (total);
2569 #else
2570         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2571 #endif
2572 }
2573
2574 int
2575 sched_sizeof_proc(void)
2576 {
2577         return (sizeof(struct proc));
2578 }
2579
2580 int
2581 sched_sizeof_thread(void)
2582 {
2583         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2584 }
2585
2586 #ifdef SMP
2587 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2588     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2589 #else
2590 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2591 #endif
2592
2593 /*
2594  * The actual idle process.
2595  */
2596 void
2597 sched_idletd(void *dummy)
2598 {
2599         struct thread *td;
2600         struct tdq *tdq;
2601         int oldswitchcnt, switchcnt;
2602         int i;
2603
2604         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2605         td = curthread;
2606         tdq = TDQ_SELF();
2607         THREAD_NO_SLEEPING();
2608         oldswitchcnt = -1;
2609         for (;;) {
2610                 if (tdq->tdq_load) {
2611                         thread_lock(td);
2612                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2613                         thread_unlock(td);
2614                 }
2615                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2616 #ifdef SMP
2617                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2618                         oldswitchcnt = switchcnt;
2619                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2620                                 continue;
2621                 }
2622                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2623 #else
2624                 oldswitchcnt = switchcnt;
2625 #endif
2626                 /*
2627                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2628                  * for load rather than entering a low power state that 
2629                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2630                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2631                  * cycles from cores doing useful work.
2632                  */
2633                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2634                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2635                                 if (tdq->tdq_load)
2636                                         break;
2637                                 cpu_spinwait();
2638                         }
2639                 }
2640
2641                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2642                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2643                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2644                         continue;
2645
2646                 /* Run main MD idle handler. */
2647                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2648                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2649                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2650
2651                 /*
2652                  * Account thread-less hardware interrupts and
2653                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2654                  */
2655                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2656                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2657                         continue;
2658                 tdq->tdq_switchcnt++;
2659                 oldswitchcnt++;
2660         }
2661 }
2662
2663 /*
2664  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2665  */
2666 void
2667 sched_throw(struct thread *td)
2668 {
2669         struct thread *newtd;
2670         struct tdq *tdq;
2671
2672         tdq = TDQ_SELF();
2673         if (td == NULL) {
2674                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2675                 TDQ_LOCK(tdq);
2676                 spinlock_exit();
2677                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2678                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2679         } else {
2680                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2681                 tdq_load_rem(tdq, td);
2682                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2683         }
2684         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2685         newtd = choosethread();
2686         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2687         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2688 }
2689
2690 /*
2691  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2692  * let fork do the rest of the work.
2693  */
2694 void
2695 sched_fork_exit(struct thread *td)
2696 {
2697         struct tdq *tdq;
2698         int cpuid;
2699
2700         /*
2701          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2702          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2703          */
2704         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2705         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2706         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2707                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2708         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2709         td->td_oncpu = cpuid;
2710         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2711         lock_profile_obtain_lock_success(
2712             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2713 }
2714
2715 /*
2716  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2717  */
2718 char *
2719 sched_tdname(struct thread *td)
2720 {
2721 #ifdef KTR
2722         struct td_sched *ts;
2723
2724         ts = td->td_sched;
2725         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2726                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2727                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2728         return (ts->ts_name);
2729 #else
2730         return (td->td_name);
2731 #endif
2732 }
2733
2734 #ifdef KTR
2735 void
2736 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2737 {
2738         struct td_sched *ts;
2739
2740         ts = td->td_sched;
2741         ts->ts_name[0] = '\0';
2742 }
2743 #endif
2744
2745 #ifdef SMP
2746
2747 /*
2748  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2749  * the topology tree.
2750  */
2751 static int
2752 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2753     int indent)
2754 {
2755         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2756         int i, first;
2757
2758         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2759             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2760         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2761             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2762         first = TRUE;
2763         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2764                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2765                         if (!first)
2766                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2767                         else
2768                                 first = FALSE;
2769                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2770                 }
2771         }
2772         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2773
2774         if (cg->cg_flags != 0) {
2775                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2776                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2777                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2778                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2779                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2780                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2781                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2782                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2783         }
2784
2785         if (cg->cg_children > 0) {
2786                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2787                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2788                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2789                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2790                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2791         }
2792         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2793         return (0);
2794 }
2795
2796 /*
2797  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2798  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2799  */
2800 static int
2801 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2802 {
2803         struct sbuf *topo;
2804         int err;
2805
2806         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2807
2808         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2809         if (topo == NULL)
2810                 return (ENOMEM);
2811
2812         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2813         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2814         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2815
2816         if (err == 0) {
2817                 sbuf_finish(topo);
2818                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2819         }
2820         sbuf_delete(topo);
2821         return (err);
2822 }
2823
2824 #endif
2825
2826 static int
2827 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2828 {
2829         int error, new_val, period;
2830
2831         period = 1000000 / realstathz;
2832         new_val = period * sched_slice;
2833         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2834         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2835                 return (error);
2836         if (new_val <= 0)
2837                 return (EINVAL);
2838         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2839         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
2840         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2841             realstathz);
2842         return (0);
2843 }
2844
2845 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2846 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2847     "Scheduler name");
2848 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2849     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2850     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2851 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2852     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2853 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2854     "Interactivity score threshold");
2855 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2856     &preempt_thresh, 0,
2857     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2858 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2859     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2860 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2861     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2862 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2863     &sched_idlespinthresh, 0,
2864     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2865 #ifdef SMP
2866 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2867     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2868 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2869     "Enables the long-term load balancer");
2870 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2871     &balance_interval, 0,
2872     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2873 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2874     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2875 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2876     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2877 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2878     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2879     "XML dump of detected CPU topology");
2880 #endif
2881
2882 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2883 static int ccpu = 0;
2884 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");