]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
MFC r239157:
[FreeBSD/stable/9.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_kdtrace.h"
43 #include "opt_sched.h"
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/kdb.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtx.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int                             dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #if defined(__powerpc__) && defined(E500)
81 #error "This architecture is not currently compatible with ULE"
82 #endif
83
84 #define KTR_ULE 0
85
86 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
87 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
88 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
89
90 /*
91  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
92  * by the thread lock.
93  */
94 struct td_sched {       
95         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
96         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
97         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
98         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
99         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
100         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
101         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
102         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
103         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
104         int             ts_ticks;       /* Tick count */
105 #ifdef KTR
106         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
107 #endif
108 };
109 /* flags kept in ts_flags */
110 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
111 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
112
113 static struct td_sched td_sched0;
114
115 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
116 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
117     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
118
119 /*
120  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
121  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
122  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
123  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
124  * ranges supporting nice values.
125  */
126 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
127 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
128 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
129
130 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
131 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
132 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
133 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
134
135 /*
136  * Cpu percentage computation macros and defines.
137  *
138  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
139  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
140  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
141  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
142  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
143  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
144  */
145 #define SCHED_TICK_SECS         10
146 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
147 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
148 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
149 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
150 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
151
152 /*
153  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
154  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
155  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
156  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
157  * or positive nice respectively.
158  *
159  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
160  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
161  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
162  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
163  */
164 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
165 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
166 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
167 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
168 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
169 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
170     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
171     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
172 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
173
174 /*
175  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
176  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
177  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
178  * models the intent of the thread.
179  *
180  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
181  *              before throttling back.
182  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
183  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
184  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
185  */
186 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
187 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
188 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
189 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
190 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
191
192 /* Flags kept in td_flags. */
193 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
194
195 /*
196  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
197  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
198  *                      due to rounding would be unacceptably high.
199  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
200  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
201  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
202  */
203 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
204 static int realstathz;
205 static int tickincr;
206 static int sched_slice = 1;
207 #ifdef PREEMPTION
208 #ifdef FULL_PREEMPTION
209 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
210 #else
211 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
212 #endif
213 #else 
214 static int preempt_thresh = 0;
215 #endif
216 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
217 static int sched_idlespins = 10000;
218 static int sched_idlespinthresh = -1;
219
220 /*
221  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
222  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
223  * locking in sched_pickcpu();
224  */
225 struct tdq {
226         /* Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch(). */
227         struct mtx      tdq_lock;               /* run queue lock. */
228         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
229         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
230         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
231         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
232         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
233         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
234         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
235         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
236         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
237         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
238         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
239         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
240         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
241         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
242         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
243 #ifdef KTR
244         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
245 #endif
246 } __aligned(64);
247
248 /* Idle thread states and config. */
249 #define TDQ_RUNNING     1
250 #define TDQ_IDLE        2
251
252 #ifdef SMP
253 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
254
255 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
256 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
257
258 /*
259  * Run-time tunables.
260  */
261 static int rebalance = 1;
262 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
263 static int affinity;
264 static int steal_idle = 1;
265 static int steal_thresh = 2;
266
267 /*
268  * One thread queue per processor.
269  */
270 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
271 static struct tdq       *balance_tdq;
272 static int balance_ticks;
273 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
274
275 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
276 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
277 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
278 #else   /* !SMP */
279 static struct tdq       tdq_cpu;
280
281 #define TDQ_ID(x)       (0)
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
284 #endif
285
286 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
287 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
288 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
289 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
290 #define TDQ_LOCKPTR(t)          (&(t)->tdq_lock)
291
292 static void sched_priority(struct thread *);
293 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
294 static int sched_interact_score(struct thread *);
295 static void sched_interact_update(struct thread *);
296 static void sched_interact_fork(struct thread *);
297 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
298
299 /* Operations on per processor queues */
300 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
301 static void tdq_setup(struct tdq *);
302 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
303 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
304 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
305 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
306 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
307 void tdq_print(int cpu);
308 static void runq_print(struct runq *rq);
309 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
310 #ifdef SMP
311 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
312 static int tdq_idled(struct tdq *);
313 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
314 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
315 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
316 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
317 static void sched_balance(void);
318 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
319 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
320 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
321 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
322 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
323 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
324     struct cpu_group *cg, int indent);
325 #endif
326
327 static void sched_setup(void *dummy);
328 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
329
330 static void sched_initticks(void *dummy);
331 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
332     NULL);
333
334 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
335
336 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change_pri, change-pri, "struct thread *", 
337     "struct proc *", "uint8_t");
338 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, dequeue, "struct thread *", 
339     "struct proc *", "void *");
340 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, enqueue, "struct thread *", 
341     "struct proc *", "void *", "int");
342 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend_pri, lend-pri, "struct thread *", 
343     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
344 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load_change, load-change, "int", "int");
345 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off_cpu, off-cpu, "struct thread *", 
346     "struct proc *");
347 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on_cpu, on-cpu);
348 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain_cpu, remain-cpu);
349 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, surrender, "struct thread *", 
350     "struct proc *");
351
352 /*
353  * Print the threads waiting on a run-queue.
354  */
355 static void
356 runq_print(struct runq *rq)
357 {
358         struct rqhead *rqh;
359         struct thread *td;
360         int pri;
361         int j;
362         int i;
363
364         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
365                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
366                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
367                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
368                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
369                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
370                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
371                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
372                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
373                                             td, td->td_name, td->td_priority,
374                                             td->td_rqindex, pri);
375                                 }
376                         }
377         }
378 }
379
380 /*
381  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
382  */
383 void
384 tdq_print(int cpu)
385 {
386         struct tdq *tdq;
387
388         tdq = TDQ_CPU(cpu);
389
390         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
391         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
392         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
393         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
394         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
395         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
396         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
397         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
398         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
399         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
400         printf("\trealtime runq:\n");
401         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
402         printf("\ttimeshare runq:\n");
403         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
404         printf("\tidle runq:\n");
405         runq_print(&tdq->tdq_idle);
406 }
407
408 static inline int
409 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
410 {
411         /*
412          * If the new priority is not better than the current priority there is
413          * nothing to do.
414          */
415         if (pri >= cpri)
416                 return (0);
417         /*
418          * Always preempt idle.
419          */
420         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
421                 return (1);
422         /*
423          * If preemption is disabled don't preempt others.
424          */
425         if (preempt_thresh == 0)
426                 return (0);
427         /*
428          * Preempt if we exceed the threshold.
429          */
430         if (pri <= preempt_thresh)
431                 return (1);
432         /*
433          * If we're interactive or better and there is non-interactive
434          * or worse running preempt only remote processors.
435          */
436         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
437                 return (1);
438         return (0);
439 }
440
441 /*
442  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
443  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
444  * queue position for timeshare threads.
445  */
446 static __inline void
447 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
448 {
449         struct td_sched *ts;
450         u_char pri;
451
452         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
453         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
454
455         pri = td->td_priority;
456         ts = td->td_sched;
457         TD_SET_RUNQ(td);
458         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
459                 tdq->tdq_transferable++;
460                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
461         }
462         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
463                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
464         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
465                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
466                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
467                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
468                 /*
469                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
470                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
471                  */
472                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
473                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
474                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
475                         /*
476                          * This effectively shortens the queue by one so we
477                          * can have a one slot difference between idx and
478                          * ridx while we wait for threads to drain.
479                          */
480                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
481                             pri == tdq->tdq_ridx)
482                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
483                 } else
484                         pri = tdq->tdq_ridx;
485                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
486                 return;
487         } else
488                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
489         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
490 }
491
492 /* 
493  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
494  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
495  * transferable count does not reflect them.
496  */
497 static __inline void
498 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
499 {
500         struct td_sched *ts;
501
502         ts = td->td_sched;
503         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
504         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
505             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
506         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
507                 tdq->tdq_transferable--;
508                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
509         }
510         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
511                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
512                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
513                 else
514                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
515         } else
516                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
517 }
518
519 /*
520  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
521  * for this thread to the referenced thread queue.
522  */
523 static void
524 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
525 {
526
527         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
528         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
529
530         tdq->tdq_load++;
531         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
532                 tdq->tdq_sysload++;
533         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
534         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
535 }
536
537 /*
538  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
539  * exiting.
540  */
541 static void
542 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
543 {
544
545         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
546         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
547         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
548             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
549
550         tdq->tdq_load--;
551         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
552                 tdq->tdq_sysload--;
553         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
554         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
555 }
556
557 /*
558  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
559  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
560  */
561 static void
562 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
563 {
564         struct thread *td;
565
566         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
567         if (ctd == NULL)
568                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
569         td = tdq_choose(tdq);
570         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
571                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
572         else
573                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
574 }
575
576 #ifdef SMP
577 struct cpu_search {
578         cpuset_t cs_mask;
579         u_int   cs_prefer;
580         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
581         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
582         int     cs_cpu;
583         int     cs_load;
584 };
585
586 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
587 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
588 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
589
590 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
591         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
592                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
593
594 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
595     struct cpu_search *high, const int match);
596 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
597 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
598 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
599     struct cpu_search *high);
600
601 /*
602  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
603  * according to the match argument.  This routine actually compares the
604  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
605  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
606  * the system.  This balances work among caches and busses.
607  *
608  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
609  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
610  * also recursive to the depth of the tree.
611  */
612 static __inline int
613 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
614     struct cpu_search *high, const int match)
615 {
616         struct cpu_search lgroup;
617         struct cpu_search hgroup;
618         cpuset_t cpumask;
619         struct cpu_group *child;
620         struct tdq *tdq;
621         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
622
623         total = 0;
624         cpumask = cg->cg_mask;
625         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
626                 lload = INT_MAX;
627                 lgroup = *low;
628         }
629         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
630                 hload = INT_MIN;
631                 hgroup = *high;
632         }
633
634         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
635         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; i >= 0; ) {
636                 if (i == 0) {
637                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
638                                 cpu--;
639                         if (cpu < 0)
640                                 break;
641                         child = NULL;
642                 } else
643                         child = &cg->cg_child[i - 1];
644
645                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
646                         lgroup.cs_cpu = -1;
647                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
648                         hgroup.cs_cpu = -1;
649                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
650                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
651                         switch (match) {
652                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
653                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
654                                 break;
655                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
656                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
657                                 break;
658                         case CPU_SEARCH_BOTH:
659                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
660                                 break;
661                         }
662                 } else {                        /* Handle child CPU. */
663                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
664                         load = tdq->tdq_load * 256;
665                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
666                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
667                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
668                                 if (cpu == low->cs_prefer)
669                                         load -= 64;
670                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
671                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
672                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
673                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
674                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
675                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
676                                 }
677                         }
678                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
679                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
680                                     tdq->tdq_transferable &&
681                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
682                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
683                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
684                                 }
685                 }
686                 total += load;
687
688                 /* We have info about child item. Compare it. */
689                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
690                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
691                             (load < lload ||
692                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
693                                 lload = load;
694                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
695                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
696                         }
697                 }
698                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
699                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
700                             (load > hload ||
701                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
702                                 hload = load;
703                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
704                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
705                         }
706                 if (child) {
707                         i--;
708                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
709                                 break;
710                 } else
711                         cpu--;
712         }
713         return (total);
714 }
715
716 /*
717  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
718  * optimization.
719  */
720 int
721 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
722 {
723         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
724 }
725
726 int
727 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
728 {
729         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
730 }
731
732 int
733 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
734     struct cpu_search *high)
735 {
736         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
737 }
738
739 /*
740  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
741  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
742  * acceptable.
743  */
744 static inline int
745 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
746     int prefer)
747 {
748         struct cpu_search low;
749
750         low.cs_cpu = -1;
751         low.cs_prefer = prefer;
752         low.cs_mask = mask;
753         low.cs_pri = pri;
754         low.cs_limit = maxload;
755         cpu_search_lowest(cg, &low);
756         return low.cs_cpu;
757 }
758
759 /*
760  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
761  */
762 static inline int
763 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
764 {
765         struct cpu_search high;
766
767         high.cs_cpu = -1;
768         high.cs_mask = mask;
769         high.cs_limit = minload;
770         cpu_search_highest(cg, &high);
771         return high.cs_cpu;
772 }
773
774 /*
775  * Simultaneously find the highest and lowest loaded cpu reachable via
776  * cg.
777  */
778 static inline void
779 sched_both(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int *lowcpu, int *highcpu)
780 {
781         struct cpu_search high;
782         struct cpu_search low;
783
784         low.cs_cpu = -1;
785         low.cs_prefer = -1;
786         low.cs_pri = -1;
787         low.cs_limit = INT_MAX;
788         low.cs_mask = mask;
789         high.cs_cpu = -1;
790         high.cs_limit = -1;
791         high.cs_mask = mask;
792         cpu_search_both(cg, &low, &high);
793         *lowcpu = low.cs_cpu;
794         *highcpu = high.cs_cpu;
795         return;
796 }
797
798 static void
799 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
800 {
801         cpuset_t hmask, lmask;
802         int high, low, anylow;
803
804         CPU_FILL(&hmask);
805         for (;;) {
806                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
807                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
808                 if (high == -1)
809                         break;
810                 CPU_CLR(high, &hmask);
811                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
812                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
813                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
814                         break;
815                 anylow = 1;
816 nextlow:
817                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
818                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
819                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
820                 if (anylow && low == -1)
821                         break;
822                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
823                 if (low == -1)
824                         continue;
825                 /* Transfer thread from high to low. */
826                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
827                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
828                         CPU_CLR(low, &hmask);
829                 } else {
830                         /*
831                          * If failed, then there is no threads on high
832                          * that can run on this low. Drop low from low
833                          * mask and look for different one.
834                          */
835                         CPU_CLR(low, &lmask);
836                         anylow = 0;
837                         goto nextlow;
838                 }
839         }
840 }
841
842 static void
843 sched_balance(void)
844 {
845         struct tdq *tdq;
846
847         /*
848          * Select a random time between .5 * balance_interval and
849          * 1.5 * balance_interval.
850          */
851         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
852         balance_ticks += random() % balance_interval;
853         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
854                 return;
855         tdq = TDQ_SELF();
856         TDQ_UNLOCK(tdq);
857         sched_balance_group(cpu_top);
858         TDQ_LOCK(tdq);
859 }
860
861 /*
862  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
863  */
864 static void
865 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
866 {
867         if (one < two) {
868                 TDQ_LOCK(one);
869                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
870         } else {
871                 TDQ_LOCK(two);
872                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
873         }
874 }
875
876 /*
877  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
878  */
879 static void
880 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
881 {
882         TDQ_UNLOCK(one);
883         TDQ_UNLOCK(two);
884 }
885
886 /*
887  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
888  */
889 static int
890 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
891 {
892         int moved;
893         int cpu;
894
895         tdq_lock_pair(high, low);
896         moved = 0;
897         /*
898          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
899          * threads we actually have to give up (transferable).
900          */
901         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
902             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
903                 /*
904                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
905                  * reschedule with the new workload.
906                  */
907                 cpu = TDQ_ID(low);
908                 sched_pin();
909                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
910                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
911                 sched_unpin();
912         }
913         tdq_unlock_pair(high, low);
914         return (moved);
915 }
916
917 /*
918  * Move a thread from one thread queue to another.
919  */
920 static int
921 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
922 {
923         struct td_sched *ts;
924         struct thread *td;
925         struct tdq *tdq;
926         int cpu;
927
928         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
929         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
930
931         tdq = from;
932         cpu = TDQ_ID(to);
933         td = tdq_steal(tdq, cpu);
934         if (td == NULL)
935                 return (0);
936         ts = td->td_sched;
937         /*
938          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
939          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
940          */
941         thread_lock(td);
942         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
943         TDQ_UNLOCK(from);
944         sched_rem(td);
945         ts->ts_cpu = cpu;
946         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
947         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
948         return (1);
949 }
950
951 /*
952  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
953  * to it.
954  */
955 static int
956 tdq_idled(struct tdq *tdq)
957 {
958         struct cpu_group *cg;
959         struct tdq *steal;
960         cpuset_t mask;
961         int thresh;
962         int cpu;
963
964         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
965                 return (1);
966         CPU_FILL(&mask);
967         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
968         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
969         spinlock_enter();
970         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
971                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
972                         thresh = steal_thresh;
973                 else
974                         thresh = 1;
975                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
976                 if (cpu == -1) {
977                         cg = cg->cg_parent;
978                         continue;
979                 }
980                 steal = TDQ_CPU(cpu);
981                 CPU_CLR(cpu, &mask);
982                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
983                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
984                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
985                         continue;
986                 }
987                 /*
988                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
989                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
990                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
991                  * set.
992                  */
993                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
994                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
995                         continue;
996                 }
997                 spinlock_exit();
998                 TDQ_UNLOCK(steal);
999                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1000                 thread_unlock(curthread);
1001
1002                 return (0);
1003         }
1004         spinlock_exit();
1005         return (1);
1006 }
1007
1008 /*
1009  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1010  */
1011 static void
1012 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1013 {
1014         struct thread *ctd;
1015         int pri;
1016         int cpu;
1017
1018         if (tdq->tdq_ipipending)
1019                 return;
1020         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1021         pri = td->td_priority;
1022         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1023         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1024                 return;
1025         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1026                 /*
1027                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1028                  * falling back to IPI.
1029                  */
1030                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1031                         return;
1032         }
1033         tdq->tdq_ipipending = 1;
1034         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1035 }
1036
1037 /*
1038  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1039  * index.
1040  */
1041 static struct thread *
1042 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1043 {
1044         struct rqbits *rqb;
1045         struct rqhead *rqh;
1046         struct thread *td, *first;
1047         int bit;
1048         int pri;
1049         int i;
1050
1051         rqb = &rq->rq_status;
1052         bit = start & (RQB_BPW -1);
1053         pri = 0;
1054         first = NULL;
1055 again:
1056         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1057                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1058                         continue;
1059                 if (bit != 0) {
1060                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1061                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1062                                         break;
1063                         if (pri >= RQB_BPW)
1064                                 continue;
1065                 } else
1066                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1067                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1068                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1069                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1070                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1071                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1072                                 return (td);
1073                         first = td;
1074                 }
1075         }
1076         if (start != 0) {
1077                 start = 0;
1078                 goto again;
1079         }
1080
1081         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1082             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1083                 return (first);
1084         return (NULL);
1085 }
1086
1087 /*
1088  * Steals load from a standard linear queue.
1089  */
1090 static struct thread *
1091 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1092 {
1093         struct rqhead *rqh;
1094         struct rqbits *rqb;
1095         struct thread *td;
1096         int word;
1097         int bit;
1098
1099         rqb = &rq->rq_status;
1100         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1101                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1102                         continue;
1103                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1104                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1105                                 continue;
1106                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1107                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1108                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1109                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1110                                         return (td);
1111                 }
1112         }
1113         return (NULL);
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1118  */
1119 static struct thread *
1120 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1121 {
1122         struct thread *td;
1123
1124         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1125         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1126                 return (td);
1127         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1128             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1129                 return (td);
1130         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1131 }
1132
1133 /*
1134  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1135  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1136  */
1137 static inline struct tdq *
1138 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1139 {
1140
1141         struct tdq *tdq;
1142
1143         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1144         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1145         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1146         /*
1147          * If the lock matches just return the queue.
1148          */
1149         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1150                 return (tdq);
1151 #ifdef notyet
1152         /*
1153          * If the thread isn't running its lockptr is a
1154          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1155          * blocking.
1156          */
1157         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1158                 TDQ_LOCK(tdq);
1159                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1160                 return (tdq);
1161         }
1162 #endif
1163         /*
1164          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1165          * prevent order reversals with other cpus locks.
1166          */
1167         spinlock_enter();
1168         thread_lock_block(td);
1169         TDQ_LOCK(tdq);
1170         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1171         spinlock_exit();
1172         return (tdq);
1173 }
1174
1175 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1176 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1177 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1178 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1179 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1180 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1181
1182 static int
1183 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1184 {
1185         struct cpu_group *cg, *ccg;
1186         struct td_sched *ts;
1187         struct tdq *tdq;
1188         cpuset_t mask;
1189         int cpu, pri, self;
1190
1191         self = PCPU_GET(cpuid);
1192         ts = td->td_sched;
1193         if (smp_started == 0)
1194                 return (self);
1195         /*
1196          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1197          */
1198         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1199                 return (ts->ts_cpu);
1200         /*
1201          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1202          * the interrupt.
1203          */
1204         pri = td->td_priority;
1205         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1206             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1207                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1208                 ts->ts_cpu = self;
1209                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1210                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1211                         return (ts->ts_cpu);
1212                 }
1213         }
1214         /*
1215          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1216          * expired or it is idle run it there.
1217          */
1218         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1219         cg = tdq->tdq_cg;
1220         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1221             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1222             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1223                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1224                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1225                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1226                                         break;
1227                         }
1228                 } else
1229                         cpu = INT_MAX;
1230                 if (cpu > mp_maxid) {
1231                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1232                         return (ts->ts_cpu);
1233                 }
1234         }
1235         /*
1236          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1237          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1238          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1239          */
1240         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1241                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1242                         continue;
1243                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1244                         continue;
1245                 ccg = cg;
1246         }
1247         if (ccg != NULL)
1248                 cg = ccg;
1249         cpu = -1;
1250         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1251         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1252         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1253             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1254                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1255                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1256         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1257         if (cpu == -1)
1258                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1259         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1260         if (cpu == -1)
1261                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1262         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1263         /*
1264          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1265          */
1266         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1267             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1268             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1269                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1270                 cpu = self;
1271         } else
1272                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1273         if (cpu != ts->ts_cpu)
1274                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1275         return (cpu);
1276 }
1277 #endif
1278
1279 /*
1280  * Pick the highest priority task we have and return it.
1281  */
1282 static struct thread *
1283 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1284 {
1285         struct thread *td;
1286
1287         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1288         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1289         if (td != NULL)
1290                 return (td);
1291         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1292         if (td != NULL) {
1293                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1294                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1295                     td->td_priority));
1296                 return (td);
1297         }
1298         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1299         if (td != NULL) {
1300                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1301                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1302                     td->td_priority));
1303                 return (td);
1304         }
1305
1306         return (NULL);
1307 }
1308
1309 /*
1310  * Initialize a thread queue.
1311  */
1312 static void
1313 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1314 {
1315
1316         if (bootverbose)
1317                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1318         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1319         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1320         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1321         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1322             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1323         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1324             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1325 #ifdef KTR
1326         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1327             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1328 #endif
1329 }
1330
1331 #ifdef SMP
1332 static void
1333 sched_setup_smp(void)
1334 {
1335         struct tdq *tdq;
1336         int i;
1337
1338         cpu_top = smp_topo();
1339         CPU_FOREACH(i) {
1340                 tdq = TDQ_CPU(i);
1341                 tdq_setup(tdq);
1342                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1343                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1344                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1345         }
1346         balance_tdq = TDQ_SELF();
1347         sched_balance();
1348 }
1349 #endif
1350
1351 /*
1352  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1353  * information.
1354  */
1355 static void
1356 sched_setup(void *dummy)
1357 {
1358         struct tdq *tdq;
1359
1360         tdq = TDQ_SELF();
1361 #ifdef SMP
1362         sched_setup_smp();
1363 #else
1364         tdq_setup(tdq);
1365 #endif
1366         /*
1367          * To avoid divide-by-zero, we set realstathz a dummy value
1368          * in case which sched_clock() called before sched_initticks().
1369          */
1370         realstathz = hz;
1371         sched_slice = (realstathz/10);  /* ~100ms */
1372         tickincr = 1 << SCHED_TICK_SHIFT;
1373
1374         /* Add thread0's load since it's running. */
1375         TDQ_LOCK(tdq);
1376         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1377         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1378         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1379         TDQ_UNLOCK(tdq);
1380 }
1381
1382 /*
1383  * This routine determines the tickincr after stathz and hz are setup.
1384  */
1385 /* ARGSUSED */
1386 static void
1387 sched_initticks(void *dummy)
1388 {
1389         int incr;
1390
1391         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1392         sched_slice = (realstathz/10);  /* ~100ms */
1393
1394         /*
1395          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1396          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1397          */
1398         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1399         /*
1400          * This does not work for values of stathz that are more than
1401          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1402          */
1403         if (incr == 0)
1404                 incr = 1;
1405         tickincr = incr;
1406 #ifdef SMP
1407         /*
1408          * Set the default balance interval now that we know
1409          * what realstathz is.
1410          */
1411         balance_interval = realstathz;
1412         /*
1413          * Set steal thresh to roughly log2(mp_ncpu) but no greater than 4. 
1414          * This prevents excess thrashing on large machines and excess idle 
1415          * on smaller machines.
1416          */
1417         steal_thresh = min(fls(mp_ncpus) - 1, 3);
1418         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1419 #endif
1420         if (sched_idlespinthresh < 0)
1421                 sched_idlespinthresh = max(16, 2 * hz / realstathz);
1422 }
1423
1424
1425 /*
1426  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1427  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1428  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1429  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1430  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1431  */
1432 static int
1433 sched_interact_score(struct thread *td)
1434 {
1435         struct td_sched *ts;
1436         int div;
1437
1438         ts = td->td_sched;
1439         /*
1440          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1441          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1442          * no chance.
1443          */
1444         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1445                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1446                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1447
1448         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1449                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1450                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1451                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1452         }
1453         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1454                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1455                 return (ts->ts_runtime / div);
1456         }
1457         /* runtime == slptime */
1458         if (ts->ts_runtime)
1459                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1460
1461         /*
1462          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1463          */
1464         return (0);
1465
1466 }
1467
1468 /*
1469  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1470  * process.
1471  */
1472 static void
1473 sched_priority(struct thread *td)
1474 {
1475         int score;
1476         int pri;
1477
1478         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1479                 return;
1480         /*
1481          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1482          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1483          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1484          *
1485          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1486          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1487          * utilization and the rest is decided by nice value.
1488          *
1489          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1490          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1491          * considered interactive.
1492          */
1493         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1494         if (score < sched_interact) {
1495                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1496                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1497                     sched_interact) * score;
1498                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1499                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1500                     pri, score));
1501         } else {
1502                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1503                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1504                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1505                             SCHED_PRI_RANGE);
1506                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1507                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1508                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1509                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1510                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1511                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1512                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1513         }
1514         sched_user_prio(td, pri);
1515
1516         return;
1517 }
1518
1519 /*
1520  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1521  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1522  * function is ugly due to integer math.
1523  */
1524 static void
1525 sched_interact_update(struct thread *td)
1526 {
1527         struct td_sched *ts;
1528         u_int sum;
1529
1530         ts = td->td_sched;
1531         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1532         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1533                 return;
1534         /*
1535          * This only happens from two places:
1536          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1537          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1538          */
1539         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1540                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1541                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1542                         ts->ts_slptime = 1;
1543                 } else {
1544                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1545                         ts->ts_runtime = 1;
1546                 }
1547                 return;
1548         }
1549         /*
1550          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1551          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1552          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1553          */
1554         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1555                 ts->ts_runtime /= 2;
1556                 ts->ts_slptime /= 2;
1557                 return;
1558         }
1559         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1560         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1561 }
1562
1563 /*
1564  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1565  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1566  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1567  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1568  */
1569 static void
1570 sched_interact_fork(struct thread *td)
1571 {
1572         int ratio;
1573         int sum;
1574
1575         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1576         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1577                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1578                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1579                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1580         }
1581 }
1582
1583 /*
1584  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1585  */
1586 void
1587 schedinit(void)
1588 {
1589
1590         /*
1591          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1592          */
1593         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1594         thread0.td_sched = &td_sched0;
1595         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1596         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1597         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
1598 }
1599
1600 /*
1601  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1602  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1603  * at most sched_slice stathz ticks.
1604  */
1605 int
1606 sched_rr_interval(void)
1607 {
1608
1609         /* Convert sched_slice to hz */
1610         return (hz/(realstathz/sched_slice));
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1615  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1616  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1617  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1618  */
1619 static void
1620 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1621 {
1622         int t = ticks;
1623
1624         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1625                 ts->ts_ticks = 0;
1626                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1627         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1628                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1629                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1630                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1631         }
1632         if (run)
1633                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1634         ts->ts_ltick = t;
1635 }
1636
1637 /*
1638  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1639  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1640  * functions.
1641  */
1642 static void
1643 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1644 {
1645         struct td_sched *ts;
1646         struct tdq *tdq;
1647         int oldpri;
1648
1649         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1650             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1651             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1652         SDT_PROBE3(sched, , , change_pri, td, td->td_proc, prio);
1653         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1654                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1655                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1656                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1657                 SDT_PROBE4(sched, , , lend_pri, td, td->td_proc, prio, 
1658                     curthread);
1659         } 
1660         ts = td->td_sched;
1661         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1662         if (td->td_priority == prio)
1663                 return;
1664         /*
1665          * If the priority has been elevated due to priority
1666          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1667          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1668          * cases.
1669          */
1670         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1671                 sched_rem(td);
1672                 td->td_priority = prio;
1673                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1674                 return;
1675         }
1676         /*
1677          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1678          * information so other cpus are aware of our current priority.
1679          */
1680         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1681                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1682                 oldpri = td->td_priority;
1683                 td->td_priority = prio;
1684                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1685                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1686                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1687                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1688                 return;
1689         }
1690         td->td_priority = prio;
1691 }
1692
1693 /*
1694  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1695  * priority.
1696  */
1697 void
1698 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1699 {
1700
1701         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1702         sched_thread_priority(td, prio);
1703 }
1704
1705 /*
1706  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1707  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1708  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1709  * requests.  If the thread's regular priority is less
1710  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1711  * of prio.
1712  */
1713 void
1714 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1715 {
1716         u_char base_pri;
1717
1718         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1719             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1720                 base_pri = td->td_user_pri;
1721         else
1722                 base_pri = td->td_base_pri;
1723         if (prio >= base_pri) {
1724                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1725                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1726         } else
1727                 sched_lend_prio(td, prio);
1728 }
1729
1730 /*
1731  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1732  */
1733 void
1734 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1735 {
1736         u_char oldprio;
1737
1738         /* First, update the base priority. */
1739         td->td_base_pri = prio;
1740
1741         /*
1742          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1743          * ever lower the priority.
1744          */
1745         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1746                 return;
1747
1748         /* Change the real priority. */
1749         oldprio = td->td_priority;
1750         sched_thread_priority(td, prio);
1751
1752         /*
1753          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1754          * its state.
1755          */
1756         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1757                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1758 }
1759
1760 /*
1761  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1762  */
1763 void
1764 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1765 {
1766
1767         td->td_base_user_pri = prio;
1768         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1769                 return;
1770         td->td_user_pri = prio;
1771 }
1772
1773 void
1774 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1775 {
1776
1777         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1778         td->td_lend_user_pri = prio;
1779         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1780         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1781                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1782         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1783                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1784 }
1785
1786 /*
1787  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1788  * cpu binding.
1789  */
1790 static struct mtx *
1791 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1792 {
1793         struct tdq *tdn;
1794
1795         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1796 #ifdef SMP
1797         tdq_load_rem(tdq, td);
1798         /*
1799          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1800          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1801          * not holding either run-queue lock.
1802          */
1803         spinlock_enter();
1804         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1805
1806         /*
1807          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1808          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1809          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1810          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1811          * question while the target processor is spinning with its own
1812          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1813          */
1814         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1815         tdq_add(tdn, td, flags);
1816         tdq_notify(tdn, td);
1817         TDQ_UNLOCK(tdn);
1818         spinlock_exit();
1819 #endif
1820         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1821 }
1822
1823 /*
1824  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1825  * is blocked.
1826  */
1827 static inline void
1828 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1829 {
1830         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1831             (uintptr_t)mtx);
1832 }
1833
1834 /*
1835  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1836  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1837  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1838  * be assigned elsewhere via binding.
1839  */
1840 void
1841 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1842 {
1843         struct tdq *tdq;
1844         struct td_sched *ts;
1845         struct mtx *mtx;
1846         int srqflag;
1847         int cpuid, preempted;
1848
1849         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1850         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1851
1852         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1853         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1854         ts = td->td_sched;
1855         mtx = td->td_lock;
1856         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1857         ts->ts_rltick = ticks;
1858         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1859         td->td_oncpu = NOCPU;
1860         preempted = !(td->td_flags & TDF_SLICEEND);
1861         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1862         td->td_owepreempt = 0;
1863         tdq->tdq_switchcnt++;
1864         /*
1865          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1866          * to CAN_RUN as well.
1867          */
1868         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1869                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1870                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1871         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1872                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1873                 srqflag = preempted ?
1874                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1875                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1876 #ifdef SMP
1877                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1878                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1879 #endif
1880                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1881                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1882                 else {
1883                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1884                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1885                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1886                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1887                 }
1888         } else {
1889                 /* This thread must be going to sleep. */
1890                 TDQ_LOCK(tdq);
1891                 mtx = thread_lock_block(td);
1892                 tdq_load_rem(tdq, td);
1893         }
1894         /*
1895          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1896          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1897          * thread-queue locked.
1898          */
1899         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1900         newtd = choosethread();
1901         /*
1902          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1903          */
1904         if (td != newtd) {
1905 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1906                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1907                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1908 #endif
1909                 SDT_PROBE2(sched, , , off_cpu, td, td->td_proc);
1910                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1911                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1912                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1913
1914 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1915                 /*
1916                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1917                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1918                  * function to call.
1919                  */
1920                 if (dtrace_vtime_active)
1921                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1922 #endif
1923
1924                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1925                 /*
1926                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1927                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1928                  * run queue lock.
1929                  */
1930                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1931                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1932                 lock_profile_obtain_lock_success(
1933                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1934
1935                 SDT_PROBE0(sched, , , on_cpu);
1936 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1937                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1938                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1939 #endif
1940         } else {
1941                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1942                 SDT_PROBE0(sched, , , remain_cpu);
1943         }
1944         /*
1945          * Assert that all went well and return.
1946          */
1947         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1948         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1949         td->td_oncpu = cpuid;
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1954  */
1955 void
1956 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1957 {
1958         struct thread *td;
1959
1960         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1961
1962         p->p_nice = nice;
1963         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1964                 thread_lock(td);
1965                 sched_priority(td);
1966                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1967                 thread_unlock(td);
1968         }
1969 }
1970
1971 /*
1972  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1973  */
1974 void
1975 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1976 {
1977
1978         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1979
1980         td->td_slptick = ticks;
1981         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1982                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1983         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1984                 return;
1985         if (static_boost == 1 && prio)
1986                 sched_prio(td, prio);
1987         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1988                 sched_prio(td, static_boost);
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1993  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1994  */
1995 void
1996 sched_wakeup(struct thread *td)
1997 {
1998         struct td_sched *ts;
1999         int slptick;
2000
2001         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2002         ts = td->td_sched;
2003         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2004         /*
2005          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2006          * priority.
2007          */
2008         slptick = td->td_slptick;
2009         td->td_slptick = 0;
2010         if (slptick && slptick != ticks) {
2011                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2012                 sched_interact_update(td);
2013                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2014         }
2015         /* Reset the slice value after we sleep. */
2016         ts->ts_slice = sched_slice;
2017         sched_add(td, SRQ_BORING);
2018 }
2019
2020 /*
2021  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2022  * priority.
2023  */
2024 void
2025 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2026 {
2027         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2028         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2029         sched_fork_thread(td, child);
2030         /*
2031          * Penalize the parent and child for forking.
2032          */
2033         sched_interact_fork(child);
2034         sched_priority(child);
2035         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2036         sched_interact_update(td);
2037         sched_priority(td);
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Fork a new thread, may be within the same process.
2042  */
2043 void
2044 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2045 {
2046         struct td_sched *ts;
2047         struct td_sched *ts2;
2048
2049         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2050         /*
2051          * Initialize child.
2052          */
2053         ts = td->td_sched;
2054         ts2 = child->td_sched;
2055         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
2056         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2057         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2058         ts2->ts_flags = 0;
2059         /*
2060          * Grab our parents cpu estimation information.
2061          */
2062         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2063         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2064         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2065         /*
2066          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2067          */
2068         child->td_priority = child->td_base_pri;
2069         /*
2070          * And update interactivity score.
2071          */
2072         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2073         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2074         ts2->ts_slice = 1;      /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2075 #ifdef KTR
2076         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2077 #endif
2078 }
2079
2080 /*
2081  * Adjust the priority class of a thread.
2082  */
2083 void
2084 sched_class(struct thread *td, int class)
2085 {
2086
2087         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2088         if (td->td_pri_class == class)
2089                 return;
2090         td->td_pri_class = class;
2091 }
2092
2093 /*
2094  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2095  */
2096 void
2097 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2098 {
2099         struct thread *td;
2100
2101         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2102             "prio:%d", child->td_priority);
2103         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2104         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2105         sched_exit_thread(td, child);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2110  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2111  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2112  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2113  */
2114 void
2115 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2116 {
2117
2118         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2119             "prio:%d", child->td_priority);
2120         /*
2121          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2122          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2123          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2124          */
2125         thread_lock(td);
2126         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2127         sched_interact_update(td);
2128         sched_priority(td);
2129         thread_unlock(td);
2130 }
2131
2132 void
2133 sched_preempt(struct thread *td)
2134 {
2135         struct tdq *tdq;
2136
2137         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2138
2139         thread_lock(td);
2140         tdq = TDQ_SELF();
2141         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2142         tdq->tdq_ipipending = 0;
2143         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2144                 int flags;
2145
2146                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2147                 if (td->td_critnest > 1)
2148                         td->td_owepreempt = 1;
2149                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2150                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2151                 else
2152                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2153         }
2154         thread_unlock(td);
2155 }
2156
2157 /*
2158  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2159  * to static priorities in msleep() or similar.
2160  */
2161 void
2162 sched_userret(struct thread *td)
2163 {
2164         /*
2165          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2166          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2167          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2168          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2169          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2170          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2171          * it perfectly here.
2172          */
2173         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2174             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2175         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2176                 thread_lock(td);
2177                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2178                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2179                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2180                 thread_unlock(td);
2181         }
2182 }
2183
2184 /*
2185  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2186  * threads.
2187  */
2188 void
2189 sched_clock(struct thread *td)
2190 {
2191         struct tdq *tdq;
2192         struct td_sched *ts;
2193
2194         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2195         tdq = TDQ_SELF();
2196 #ifdef SMP
2197         /*
2198          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2199          */
2200         if (balance_tdq == tdq) {
2201                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2202                         sched_balance();
2203         }
2204 #endif
2205         /*
2206          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2207          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2208          * If there is some activity seed it to reflect that.
2209          */
2210         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2211         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2212         /*
2213          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2214          * threads get a chance to run.
2215          */
2216         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2217                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2218                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2219                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2220         }
2221         ts = td->td_sched;
2222         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2223         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2224                 return;
2225         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2226                 /*
2227                  * We used a tick; charge it to the thread so
2228                  * that we can compute our interactivity.
2229                  */
2230                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2231                 sched_interact_update(td);
2232                 sched_priority(td);
2233         }
2234         /*
2235          * We used up one time slice.
2236          */
2237         if (--ts->ts_slice > 0)
2238                 return;
2239         /*
2240          * We're out of time, force a requeue at userret().
2241          */
2242         ts->ts_slice = sched_slice;
2243         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Called once per hz tick.
2248  */
2249 void
2250 sched_tick(int cnt)
2251 {
2252
2253 }
2254
2255 /*
2256  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2257  * cooperative idle threads.
2258  */
2259 int
2260 sched_runnable(void)
2261 {
2262         struct tdq *tdq;
2263         int load;
2264
2265         load = 1;
2266
2267         tdq = TDQ_SELF();
2268         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2269                 if (tdq->tdq_load > 0)
2270                         goto out;
2271         } else
2272                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2273                         goto out;
2274         load = 0;
2275 out:
2276         return (load);
2277 }
2278
2279 /*
2280  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2281  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2282  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2283  */
2284 struct thread *
2285 sched_choose(void)
2286 {
2287         struct thread *td;
2288         struct tdq *tdq;
2289
2290         tdq = TDQ_SELF();
2291         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2292         td = tdq_choose(tdq);
2293         if (td) {
2294                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2295                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2296                 return (td);
2297         }
2298         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2299         return (PCPU_GET(idlethread));
2300 }
2301
2302 /*
2303  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2304  * we always request it once we exit a critical section.
2305  */
2306 static inline void
2307 sched_setpreempt(struct thread *td)
2308 {
2309         struct thread *ctd;
2310         int cpri;
2311         int pri;
2312
2313         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2314
2315         ctd = curthread;
2316         pri = td->td_priority;
2317         cpri = ctd->td_priority;
2318         if (pri < cpri)
2319                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2320         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2321                 return;
2322         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2323                 return;
2324         ctd->td_owepreempt = 1;
2325 }
2326
2327 /*
2328  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2329  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2330  * predetermined.
2331  */
2332 void
2333 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2334 {
2335
2336         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2337         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2338             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2339         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2340             ("sched_add: bad thread state"));
2341         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2342             ("sched_add: thread swapped out"));
2343
2344         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2345                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2346         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2347         tdq_load_add(tdq, td);
2348 }
2349
2350 /*
2351  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2352  * preemption or IPI a remote processor if required.
2353  */
2354 void
2355 sched_add(struct thread *td, int flags)
2356 {
2357         struct tdq *tdq;
2358 #ifdef SMP
2359         int cpu;
2360 #endif
2361
2362         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2363             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2364             sched_tdname(curthread));
2365         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2366             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2367         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2368             flags & SRQ_PREEMPTED);
2369         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2370         /*
2371          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2372          * run-queue.
2373          */
2374         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2375                 sched_priority(td);
2376 #ifdef SMP
2377         /*
2378          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2379          * target cpu.
2380          */
2381         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2382         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2383         tdq_add(tdq, td, flags);
2384         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2385                 tdq_notify(tdq, td);
2386                 return;
2387         }
2388 #else
2389         tdq = TDQ_SELF();
2390         TDQ_LOCK(tdq);
2391         /*
2392          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2393          * to the scheduler's lock.
2394          */
2395         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2396         tdq_add(tdq, td, flags);
2397 #endif
2398         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2399                 sched_setpreempt(td);
2400 }
2401
2402 /*
2403  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2404  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2405  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2406  */
2407 void
2408 sched_rem(struct thread *td)
2409 {
2410         struct tdq *tdq;
2411
2412         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2413             "prio:%d", td->td_priority);
2414         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2415         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2416         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2417         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2418         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2419             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2420         tdq_runq_rem(tdq, td);
2421         tdq_load_rem(tdq, td);
2422         TD_SET_CAN_RUN(td);
2423         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2424                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2425 }
2426
2427 /*
2428  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2429  */
2430 fixpt_t
2431 sched_pctcpu(struct thread *td)
2432 {
2433         fixpt_t pctcpu;
2434         struct td_sched *ts;
2435
2436         pctcpu = 0;
2437         ts = td->td_sched;
2438         if (ts == NULL)
2439                 return (0);
2440
2441         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2442         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2443         if (ts->ts_ticks) {
2444                 int rtick;
2445
2446                 /* How many rtick per second ? */
2447                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2448                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2449         }
2450
2451         return (pctcpu);
2452 }
2453
2454 /*
2455  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2456  * cpumask.
2457  */
2458 void
2459 sched_affinity(struct thread *td)
2460 {
2461 #ifdef SMP
2462         struct td_sched *ts;
2463
2464         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2465         ts = td->td_sched;
2466         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2467                 return;
2468         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2469                 sched_rem(td);
2470                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2471                 return;
2472         }
2473         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2474                 return;
2475         /*
2476          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2477          * target thread is not running locally send an ipi to force
2478          * the issue.
2479          */
2480         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2481         if (td != curthread)
2482                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2483 #endif
2484 }
2485
2486 /*
2487  * Bind a thread to a target cpu.
2488  */
2489 void
2490 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2491 {
2492         struct td_sched *ts;
2493
2494         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2495         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2496         ts = td->td_sched;
2497         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2498                 sched_unbind(td);
2499         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2500         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2501         sched_pin();
2502         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2503                 return;
2504         ts->ts_cpu = cpu;
2505         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2506         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2507 }
2508
2509 /*
2510  * Release a bound thread.
2511  */
2512 void
2513 sched_unbind(struct thread *td)
2514 {
2515         struct td_sched *ts;
2516
2517         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2518         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2519         ts = td->td_sched;
2520         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2521                 return;
2522         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2523         sched_unpin();
2524 }
2525
2526 int
2527 sched_is_bound(struct thread *td)
2528 {
2529         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2530         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2531 }
2532
2533 /*
2534  * Basic yield call.
2535  */
2536 void
2537 sched_relinquish(struct thread *td)
2538 {
2539         thread_lock(td);
2540         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2541         thread_unlock(td);
2542 }
2543
2544 /*
2545  * Return the total system load.
2546  */
2547 int
2548 sched_load(void)
2549 {
2550 #ifdef SMP
2551         int total;
2552         int i;
2553
2554         total = 0;
2555         CPU_FOREACH(i)
2556                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2557         return (total);
2558 #else
2559         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2560 #endif
2561 }
2562
2563 int
2564 sched_sizeof_proc(void)
2565 {
2566         return (sizeof(struct proc));
2567 }
2568
2569 int
2570 sched_sizeof_thread(void)
2571 {
2572         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2573 }
2574
2575 #ifdef SMP
2576 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2577     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2578 #else
2579 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2580 #endif
2581
2582 /*
2583  * The actual idle process.
2584  */
2585 void
2586 sched_idletd(void *dummy)
2587 {
2588         struct thread *td;
2589         struct tdq *tdq;
2590         int switchcnt;
2591         int i;
2592
2593         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2594         td = curthread;
2595         tdq = TDQ_SELF();
2596         for (;;) {
2597 #ifdef SMP
2598                 if (tdq_idled(tdq) == 0)
2599                         continue;
2600 #endif
2601                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2602                 /*
2603                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2604                  * for load rather than entering a low power state that 
2605                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2606                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2607                  * cycles from cores doing useful work.
2608                  */
2609                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2610                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2611                                 if (tdq->tdq_load)
2612                                         break;
2613                                 cpu_spinwait();
2614                         }
2615                 }
2616                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2617                 if (tdq->tdq_load == 0) {
2618                         tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2619                         if (tdq->tdq_load == 0) {
2620                                 cpu_idle(switchcnt > sched_idlespinthresh * 4);
2621                                 tdq->tdq_switchcnt++;
2622                         }
2623                         tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2624                 }
2625                 if (tdq->tdq_load) {
2626                         thread_lock(td);
2627                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2628                         thread_unlock(td);
2629                 }
2630         }
2631 }
2632
2633 /*
2634  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2635  */
2636 void
2637 sched_throw(struct thread *td)
2638 {
2639         struct thread *newtd;
2640         struct tdq *tdq;
2641
2642         tdq = TDQ_SELF();
2643         if (td == NULL) {
2644                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2645                 TDQ_LOCK(tdq);
2646                 spinlock_exit();
2647                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2648                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2649         } else {
2650                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2651                 tdq_load_rem(tdq, td);
2652                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2653         }
2654         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2655         newtd = choosethread();
2656         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2657         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2658 }
2659
2660 /*
2661  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2662  * let fork do the rest of the work.
2663  */
2664 void
2665 sched_fork_exit(struct thread *td)
2666 {
2667         struct td_sched *ts;
2668         struct tdq *tdq;
2669         int cpuid;
2670
2671         /*
2672          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2673          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2674          */
2675         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2676         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2677         ts = td->td_sched;
2678         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2679                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2680         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2681         td->td_oncpu = cpuid;
2682         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2683         lock_profile_obtain_lock_success(
2684             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2685 }
2686
2687 /*
2688  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2689  */
2690 char *
2691 sched_tdname(struct thread *td)
2692 {
2693 #ifdef KTR
2694         struct td_sched *ts;
2695
2696         ts = td->td_sched;
2697         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2698                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2699                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2700         return (ts->ts_name);
2701 #else
2702         return (td->td_name);
2703 #endif
2704 }
2705
2706 #ifdef KTR
2707 void
2708 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2709 {
2710         struct td_sched *ts;
2711
2712         ts = td->td_sched;
2713         ts->ts_name[0] = '\0';
2714 }
2715 #endif
2716
2717 #ifdef SMP
2718
2719 /*
2720  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2721  * the topology tree.
2722  */
2723 static int
2724 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2725     int indent)
2726 {
2727         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2728         int i, first;
2729
2730         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2731             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2732         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2733             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2734         first = TRUE;
2735         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2736                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2737                         if (!first)
2738                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2739                         else
2740                                 first = FALSE;
2741                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2742                 }
2743         }
2744         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2745
2746         if (cg->cg_flags != 0) {
2747                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2748                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2749                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2750                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2751                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2752                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2753                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2754                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2755         }
2756
2757         if (cg->cg_children > 0) {
2758                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2759                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2760                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2761                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2762                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2763         }
2764         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2765         return (0);
2766 }
2767
2768 /*
2769  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2770  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2771  */
2772 static int
2773 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2774 {
2775         struct sbuf *topo;
2776         int err;
2777
2778         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2779
2780         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2781         if (topo == NULL)
2782                 return (ENOMEM);
2783
2784         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2785         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2786         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2787
2788         if (err == 0) {
2789                 sbuf_finish(topo);
2790                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2791         }
2792         sbuf_delete(topo);
2793         return (err);
2794 }
2795
2796 #endif
2797
2798 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2799 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2800     "Scheduler name");
2801 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2802     "Slice size for timeshare threads");
2803 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2804      "Interactivity score threshold");
2805 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW, &preempt_thresh,
2806      0,"Min priority for preemption, lower priorities have greater precedence");
2807 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost,
2808      0,"Controls whether static kernel priorities are assigned to sleeping threads.");
2809 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins,
2810      0,"Number of times idle will spin waiting for new work.");
2811 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW, &sched_idlespinthresh,
2812      0,"Threshold before we will permit idle spinning.");
2813 #ifdef SMP
2814 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2815     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2816 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2817     "Enables the long-term load balancer");
2818 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2819     &balance_interval, 0,
2820     "Average frequency in stathz ticks to run the long-term balancer");
2821 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2822     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2823 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2824     "Minimum load on remote cpu before we'll steal");
2825
2826 /* Retrieve SMP topology */
2827 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2828     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A", 
2829     "XML dump of detected CPU topology");
2830
2831 #endif
2832
2833 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2834 static int ccpu = 0;
2835 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");