]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/sys/pmc.h
MFC r287886:
[FreeBSD/stable/8.git] / sys / sys / pmc.h
1 /*-
2  * Copyright (c) 2003-2008, Joseph Koshy
3  * Copyright (c) 2007 The FreeBSD Foundation
4  * All rights reserved.
5  *
6  * Portions of this software were developed by A. Joseph Koshy under
7  * sponsorship from the FreeBSD Foundation and Google, Inc.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17  *
18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
19  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
20  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
21  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
22  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
23  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
24  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
25  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
26  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
27  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
28  * SUCH DAMAGE.
29  *
30  * $FreeBSD$
31  */
32
33 #ifndef _SYS_PMC_H_
34 #define _SYS_PMC_H_
35
36 #include <dev/hwpmc/pmc_events.h>
37
38 #include <machine/pmc_mdep.h>
39 #include <machine/profile.h>
40
41 #define PMC_MODULE_NAME         "hwpmc"
42 #define PMC_NAME_MAX            16 /* HW counter name size */
43 #define PMC_CLASS_MAX           6  /* max #classes of PMCs per-system */
44
45 /*
46  * Kernel<->userland API version number [MMmmpppp]
47  *
48  * Major numbers are to be incremented when an incompatible change to
49  * the ABI occurs that older clients will not be able to handle.
50  *
51  * Minor numbers are incremented when a backwards compatible change
52  * occurs that allows older correct programs to run unchanged.  For
53  * example, when support for a new PMC type is added.
54  *
55  * The patch version is incremented for every bug fix.
56  */
57 #define PMC_VERSION_MAJOR       0x03
58 #define PMC_VERSION_MINOR       0x01
59 #define PMC_VERSION_PATCH       0x0000
60
61 #define PMC_VERSION             (PMC_VERSION_MAJOR << 24 |              \
62         PMC_VERSION_MINOR << 16 | PMC_VERSION_PATCH)
63
64 /*
65  * Kinds of CPUs known.
66  *
67  * We keep track of CPU variants that need to be distinguished in
68  * some way for PMC operations.  CPU names are grouped by manufacturer
69  * and numbered sparsely in order to minimize changes to the ABI involved
70  * when new CPUs are added.
71  */
72
73 #define __PMC_CPUS()                                            \
74         __PMC_CPU(AMD_K7,       0x00,   "AMD K7")               \
75         __PMC_CPU(AMD_K8,       0x01,   "AMD K8")               \
76         __PMC_CPU(INTEL_P5,     0x80,   "Intel Pentium")        \
77         __PMC_CPU(INTEL_P6,     0x81,   "Intel Pentium Pro")    \
78         __PMC_CPU(INTEL_CL,     0x82,   "Intel Celeron")        \
79         __PMC_CPU(INTEL_PII,    0x83,   "Intel Pentium II")     \
80         __PMC_CPU(INTEL_PIII,   0x84,   "Intel Pentium III")    \
81         __PMC_CPU(INTEL_PM,     0x85,   "Intel Pentium M")      \
82         __PMC_CPU(INTEL_PIV,    0x86,   "Intel Pentium IV")     \
83         __PMC_CPU(INTEL_CORE,   0x87,   "Intel Core Solo/Duo")  \
84         __PMC_CPU(INTEL_CORE2,  0x88,   "Intel Core2")          \
85         __PMC_CPU(INTEL_CORE2EXTREME,   0x89,   "Intel Core2 Extreme")  \
86         __PMC_CPU(INTEL_ATOM,   0x8A,   "Intel Atom")           \
87         __PMC_CPU(INTEL_COREI7, 0x8B,   "Intel Core i7")        \
88         __PMC_CPU(INTEL_WESTMERE, 0x8C,   "Intel Westmere")     \
89         __PMC_CPU(MIPS_24K,     0x200,  "MIPS 24K") 
90
91 enum pmc_cputype {
92 #undef  __PMC_CPU
93 #define __PMC_CPU(S,V,D)        PMC_CPU_##S = V,
94         __PMC_CPUS()
95 };
96
97 #define PMC_CPU_FIRST   PMC_CPU_AMD_K7
98 #define PMC_CPU_LAST    PMC_CPU_MIPS_24K
99
100 /*
101  * Classes of PMCs
102  */
103
104 #define __PMC_CLASSES()                                                 \
105         __PMC_CLASS(TSC)        /* CPU Timestamp counter */             \
106         __PMC_CLASS(K7)         /* AMD K7 performance counters */       \
107         __PMC_CLASS(K8)         /* AMD K8 performance counters */       \
108         __PMC_CLASS(P5)         /* Intel Pentium counters */            \
109         __PMC_CLASS(P6)         /* Intel Pentium Pro counters */        \
110         __PMC_CLASS(P4)         /* Intel Pentium-IV counters */         \
111         __PMC_CLASS(IAF)        /* Intel Core2/Atom, fixed function */  \
112         __PMC_CLASS(IAP)        /* Intel Core...Atom, programmable */   \
113         __PMC_CLASS(UCF)        /* Intel Uncore fixed function */       \
114         __PMC_CLASS(UCP)        /* Intel Uncore programmable */         \
115         __PMC_CLASS(MIPS24K)    /* MIPS 24K */
116
117 enum pmc_class {
118 #undef  __PMC_CLASS
119 #define __PMC_CLASS(N)  PMC_CLASS_##N ,
120         __PMC_CLASSES()
121 };
122
123 #define PMC_CLASS_FIRST PMC_CLASS_TSC
124 #define PMC_CLASS_LAST  PMC_CLASS_MIPS24K
125
126 /*
127  * A PMC can be in the following states:
128  *
129  * Hardware states:
130  *   DISABLED   -- administratively prohibited from being used.
131  *   FREE       -- HW available for use
132  * Software states:
133  *   ALLOCATED  -- allocated
134  *   STOPPED    -- allocated, but not counting events
135  *   RUNNING    -- allocated, and in operation; 'pm_runcount'
136  *                 holds the number of CPUs using this PMC at
137  *                 a given instant
138  *   DELETED    -- being destroyed
139  */
140
141 #define __PMC_HWSTATES()                        \
142         __PMC_STATE(DISABLED)                   \
143         __PMC_STATE(FREE)
144
145 #define __PMC_SWSTATES()                        \
146         __PMC_STATE(ALLOCATED)                  \
147         __PMC_STATE(STOPPED)                    \
148         __PMC_STATE(RUNNING)                    \
149         __PMC_STATE(DELETED)
150
151 #define __PMC_STATES()                          \
152         __PMC_HWSTATES()                        \
153         __PMC_SWSTATES()
154
155 enum pmc_state {
156 #undef  __PMC_STATE
157 #define __PMC_STATE(S)  PMC_STATE_##S,
158         __PMC_STATES()
159         __PMC_STATE(MAX)
160 };
161
162 #define PMC_STATE_FIRST PMC_STATE_DISABLED
163 #define PMC_STATE_LAST  PMC_STATE_DELETED
164
165 /*
166  * An allocated PMC may used as a 'global' counter or as a
167  * 'thread-private' one.  Each such mode of use can be in either
168  * statistical sampling mode or in counting mode.  Thus a PMC in use
169  *
170  * SS i.e., SYSTEM STATISTICAL  -- system-wide statistical profiling
171  * SC i.e., SYSTEM COUNTER      -- system-wide counting mode
172  * TS i.e., THREAD STATISTICAL  -- thread virtual, statistical profiling
173  * TC i.e., THREAD COUNTER      -- thread virtual, counting mode
174  *
175  * Statistical profiling modes rely on the PMC periodically delivering
176  * a interrupt to the CPU (when the configured number of events have
177  * been measured), so the PMC must have the ability to generate
178  * interrupts.
179  *
180  * In counting modes, the PMC counts its configured events, with the
181  * value of the PMC being read whenever needed by its owner process.
182  *
183  * The thread specific modes "virtualize" the PMCs -- the PMCs appear
184  * to be thread private and count events only when the profiled thread
185  * actually executes on the CPU.
186  *
187  * The system-wide "global" modes keep the PMCs running all the time
188  * and are used to measure the behaviour of the whole system.
189  */
190
191 #define __PMC_MODES()                           \
192         __PMC_MODE(SS,  0)                      \
193         __PMC_MODE(SC,  1)                      \
194         __PMC_MODE(TS,  2)                      \
195         __PMC_MODE(TC,  3)
196
197 enum pmc_mode {
198 #undef  __PMC_MODE
199 #define __PMC_MODE(M,N) PMC_MODE_##M = N,
200         __PMC_MODES()
201 };
202
203 #define PMC_MODE_FIRST  PMC_MODE_SS
204 #define PMC_MODE_LAST   PMC_MODE_TC
205
206 #define PMC_IS_COUNTING_MODE(mode)                              \
207         ((mode) == PMC_MODE_SC || (mode) == PMC_MODE_TC)
208 #define PMC_IS_SYSTEM_MODE(mode)                                \
209         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_SC)
210 #define PMC_IS_SAMPLING_MODE(mode)                              \
211         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_TS)
212 #define PMC_IS_VIRTUAL_MODE(mode)                               \
213         ((mode) == PMC_MODE_TS || (mode) == PMC_MODE_TC)
214
215 /*
216  * PMC row disposition
217  */
218
219 #define __PMC_DISPOSITIONS(N)                                   \
220         __PMC_DISP(STANDALONE)  /* global/disabled counters */  \
221         __PMC_DISP(FREE)        /* free/available */            \
222         __PMC_DISP(THREAD)      /* thread-virtual PMCs */       \
223         __PMC_DISP(UNKNOWN)     /* sentinel */
224
225 enum pmc_disp {
226 #undef  __PMC_DISP
227 #define __PMC_DISP(D)   PMC_DISP_##D ,
228         __PMC_DISPOSITIONS()
229 };
230
231 #define PMC_DISP_FIRST  PMC_DISP_STANDALONE
232 #define PMC_DISP_LAST   PMC_DISP_THREAD
233
234 /*
235  * Counter capabilities
236  *
237  * __PMC_CAPS(NAME, VALUE, DESCRIPTION)
238  */
239
240 #define __PMC_CAPS()                                                    \
241         __PMC_CAP(INTERRUPT,    0, "generate interrupts")               \
242         __PMC_CAP(USER,         1, "count user-mode events")            \
243         __PMC_CAP(SYSTEM,       2, "count system-mode events")          \
244         __PMC_CAP(EDGE,         3, "do edge detection of events")       \
245         __PMC_CAP(THRESHOLD,    4, "ignore events below a threshold")   \
246         __PMC_CAP(READ,         5, "read PMC counter")                  \
247         __PMC_CAP(WRITE,        6, "reprogram PMC counter")             \
248         __PMC_CAP(INVERT,       7, "invert comparision sense")          \
249         __PMC_CAP(QUALIFIER,    8, "further qualify monitored events")  \
250         __PMC_CAP(PRECISE,      9, "perform precise sampling")          \
251         __PMC_CAP(TAGGING,      10, "tag upstream events")              \
252         __PMC_CAP(CASCADE,      11, "cascade counters")
253
254 enum pmc_caps
255 {
256 #undef  __PMC_CAP
257 #define __PMC_CAP(NAME, VALUE, DESCR)   PMC_CAP_##NAME = (1 << VALUE) ,
258         __PMC_CAPS()
259 };
260
261 #define PMC_CAP_FIRST           PMC_CAP_INTERRUPT
262 #define PMC_CAP_LAST            PMC_CAP_CASCADE
263
264 /*
265  * PMC Event Numbers
266  *
267  * These are generated from the definitions in "dev/hwpmc/pmc_events.h".
268  */
269
270 enum pmc_event {
271 #undef  __PMC_EV
272 #undef  __PMC_EV_BLOCK
273 #define __PMC_EV_BLOCK(C,V)     PMC_EV_ ## C ## __BLOCK_START = (V) - 1 ,
274 #define __PMC_EV(C,N)           PMC_EV_ ## C ## _ ## N ,
275         __PMC_EVENTS()
276 };
277
278 /*
279  * PMC SYSCALL INTERFACE
280  */
281
282 /*
283  * "PMC_OPS" -- these are the commands recognized by the kernel
284  * module, and are used when performing a system call from userland.
285  */
286 #define __PMC_OPS()                                                     \
287         __PMC_OP(CONFIGURELOG, "Set log file")                          \
288         __PMC_OP(FLUSHLOG, "Flush log file")                            \
289         __PMC_OP(GETCPUINFO, "Get system CPU information")              \
290         __PMC_OP(GETDRIVERSTATS, "Get driver statistics")               \
291         __PMC_OP(GETMODULEVERSION, "Get module version")                \
292         __PMC_OP(GETPMCINFO, "Get per-cpu PMC information")             \
293         __PMC_OP(PMCADMIN, "Set PMC state")                             \
294         __PMC_OP(PMCALLOCATE, "Allocate and configure a PMC")           \
295         __PMC_OP(PMCATTACH, "Attach a PMC to a process")                \
296         __PMC_OP(PMCDETACH, "Detach a PMC from a process")              \
297         __PMC_OP(PMCGETMSR, "Get a PMC's hardware address")             \
298         __PMC_OP(PMCRELEASE, "Release a PMC")                           \
299         __PMC_OP(PMCRW, "Read/Set a PMC")                               \
300         __PMC_OP(PMCSETCOUNT, "Set initial count/sampling rate")        \
301         __PMC_OP(PMCSTART, "Start a PMC")                               \
302         __PMC_OP(PMCSTOP, "Start a PMC")                                \
303         __PMC_OP(WRITELOG, "Write a cookie to the log file")            \
304         __PMC_OP(CLOSELOG, "Close log file")
305
306
307 enum pmc_ops {
308 #undef  __PMC_OP
309 #define __PMC_OP(N, D)  PMC_OP_##N,
310         __PMC_OPS()
311 };
312
313
314 /*
315  * Flags used in operations on PMCs.
316  */
317
318 #define PMC_F_FORCE             0x00000001 /*OP ADMIN force operation */
319 #define PMC_F_DESCENDANTS       0x00000002 /*OP ALLOCATE track descendants */
320 #define PMC_F_LOG_PROCCSW       0x00000004 /*OP ALLOCATE track ctx switches */
321 #define PMC_F_LOG_PROCEXIT      0x00000008 /*OP ALLOCATE log proc exits */
322 #define PMC_F_NEWVALUE          0x00000010 /*OP RW write new value */
323 #define PMC_F_OLDVALUE          0x00000020 /*OP RW get old value */
324 #define PMC_F_KGMON             0x00000040 /*OP ALLOCATE kgmon(8) profiling */
325 /* V2 API */
326 #define PMC_F_CALLCHAIN         0x00000080 /*OP ALLOCATE capture callchains */
327
328 /* internal flags */
329 #define PMC_F_ATTACHED_TO_OWNER 0x00010000 /*attached to owner*/
330 #define PMC_F_NEEDS_LOGFILE     0x00020000 /*needs log file */
331 #define PMC_F_ATTACH_DONE       0x00040000 /*attached at least once */
332
333 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH_MAX 32
334 #define PMC_CC_F_USERSPACE      0x01       /*userspace callchain*/
335
336 /*
337  * Cookies used to denote allocated PMCs, and the values of PMCs.
338  */
339
340 typedef uint32_t        pmc_id_t;
341 typedef uint64_t        pmc_value_t;
342
343 #define PMC_ID_INVALID          (~ (pmc_id_t) 0)
344
345 /*
346  * PMC IDs have the following format:
347  *
348  * +--------+----------+-----------+-----------+
349  * |   CPU  | PMC MODE | PMC CLASS | ROW INDEX |
350  * +--------+----------+-----------+-----------+
351  *
352  * where each field is 8 bits wide.  Field 'CPU' is set to the
353  * requested CPU for system-wide PMCs or PMC_CPU_ANY for process-mode
354  * PMCs.  Field 'PMC MODE' is the allocated PMC mode.  Field 'PMC
355  * CLASS' is the class of the PMC.  Field 'ROW INDEX' is the row index
356  * for the PMC.
357  *
358  * The 'ROW INDEX' ranges over 0..NWPMCS where NHWPMCS is the total
359  * number of hardware PMCs on this cpu.
360  */
361
362
363 #define PMC_ID_TO_ROWINDEX(ID)  ((ID) & 0xFF)
364 #define PMC_ID_TO_CLASS(ID)     (((ID) & 0xFF00) >> 8)
365 #define PMC_ID_TO_MODE(ID)      (((ID) & 0xFF0000) >> 16)
366 #define PMC_ID_TO_CPU(ID)       (((ID) & 0xFF000000) >> 24)
367 #define PMC_ID_MAKE_ID(CPU,MODE,CLASS,ROWINDEX)                 \
368         ((((CPU) & 0xFF) << 24) | (((MODE) & 0xFF) << 16) |     \
369         (((CLASS) & 0xFF) << 8) | ((ROWINDEX) & 0xFF))
370
371 /*
372  * Data structures for system calls supported by the pmc driver.
373  */
374
375 /*
376  * OP PMCALLOCATE
377  *
378  * Allocate a PMC on the named CPU.
379  */
380
381 #define PMC_CPU_ANY     ~0
382
383 struct pmc_op_pmcallocate {
384         uint32_t        pm_caps;        /* PMC_CAP_* */
385         uint32_t        pm_cpu;         /* CPU number or PMC_CPU_ANY */
386         enum pmc_class  pm_class;       /* class of PMC desired */
387         enum pmc_event  pm_ev;          /* [enum pmc_event] desired */
388         uint32_t        pm_flags;       /* additional modifiers PMC_F_* */
389         enum pmc_mode   pm_mode;        /* desired mode */
390         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* [return] process pmc id */
391
392         union pmc_md_op_pmcallocate pm_md; /* MD layer extensions */
393 };
394
395 /*
396  * OP PMCADMIN
397  *
398  * Set the administrative state (i.e., whether enabled or disabled) of
399  * a PMC 'pm_pmc' on CPU 'pm_cpu'.  Note that 'pm_pmc' specifies an
400  * absolute PMC number and need not have been first allocated by the
401  * calling process.
402  */
403
404 struct pmc_op_pmcadmin {
405         int             pm_cpu;         /* CPU# */
406         uint32_t        pm_flags;       /* flags */
407         int             pm_pmc;         /* PMC# */
408         enum pmc_state  pm_state;       /* desired state */
409 };
410
411 /*
412  * OP PMCATTACH / OP PMCDETACH
413  *
414  * Attach/detach a PMC and a process.
415  */
416
417 struct pmc_op_pmcattach {
418         pmc_id_t        pm_pmc;         /* PMC to attach to */
419         pid_t           pm_pid;         /* target process */
420 };
421
422 /*
423  * OP PMCSETCOUNT
424  *
425  * Set the sampling rate (i.e., the reload count) for statistical counters.
426  * 'pm_pmcid' need to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
427  */
428
429 struct pmc_op_pmcsetcount {
430         pmc_value_t     pm_count;       /* initial/sample count */
431         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* PMC id to set */
432 };
433
434
435 /*
436  * OP PMCRW
437  *
438  * Read the value of a PMC named by 'pm_pmcid'.  'pm_pmcid' needs
439  * to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
440  */
441
442
443 struct pmc_op_pmcrw {
444         uint32_t        pm_flags;       /* PMC_F_{OLD,NEW}VALUE*/
445         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* pmc id */
446         pmc_value_t     pm_value;       /* new&returned value */
447 };
448
449
450 /*
451  * OP GETPMCINFO
452  *
453  * retrieve PMC state for a named CPU.  The caller is expected to
454  * allocate 'npmc' * 'struct pmc_info' bytes of space for the return
455  * values.
456  */
457
458 struct pmc_info {
459         char            pm_name[PMC_NAME_MAX]; /* pmc name */
460         enum pmc_class  pm_class;       /* enum pmc_class */
461         int             pm_enabled;     /* whether enabled */
462         enum pmc_disp   pm_rowdisp;     /* FREE, THREAD or STANDLONE */
463         pid_t           pm_ownerpid;    /* owner, or -1 */
464         enum pmc_mode   pm_mode;        /* current mode [enum pmc_mode] */
465         enum pmc_event  pm_event;       /* current event */
466         uint32_t        pm_flags;       /* current flags */
467         pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling counters only */
468 };
469
470 struct pmc_op_getpmcinfo {
471         int32_t         pm_cpu;         /* 0 <= cpu < mp_maxid */
472         struct pmc_info pm_pmcs[];      /* space for 'npmc' structures */
473 };
474
475
476 /*
477  * OP GETCPUINFO
478  *
479  * Retrieve system CPU information.
480  */
481
482 struct pmc_classinfo {
483         enum pmc_class  pm_class;       /* class id */
484         uint32_t        pm_caps;        /* counter capabilities */
485         uint32_t        pm_width;       /* width of the PMC */
486         uint32_t        pm_num;         /* number of PMCs in class */
487 };
488
489 struct pmc_op_getcpuinfo {
490         enum pmc_cputype pm_cputype; /* what kind of CPU */
491         uint32_t        pm_ncpu;    /* max CPU number */
492         uint32_t        pm_npmc;    /* #PMCs per CPU */
493         uint32_t        pm_nclass;  /* #classes of PMCs */
494         struct pmc_classinfo  pm_classes[PMC_CLASS_MAX];
495 };
496
497 /*
498  * OP CONFIGURELOG
499  *
500  * Configure a log file for writing system-wide statistics to.
501  */
502
503 struct pmc_op_configurelog {
504         int             pm_flags;
505         int             pm_logfd;   /* logfile fd (or -1) */
506 };
507
508 /*
509  * OP GETDRIVERSTATS
510  *
511  * Retrieve pmc(4) driver-wide statistics.
512  */
513
514 struct pmc_op_getdriverstats {
515         int     pm_intr_ignored;        /* #interrupts ignored */
516         int     pm_intr_processed;      /* #interrupts processed */
517         int     pm_intr_bufferfull;     /* #interrupts with ENOSPC */
518         int     pm_syscalls;            /* #syscalls */
519         int     pm_syscall_errors;      /* #syscalls with errors */
520         int     pm_buffer_requests;     /* #buffer requests */
521         int     pm_buffer_requests_failed; /* #failed buffer requests */
522         int     pm_log_sweeps;          /* #sample buffer processing passes */
523 };
524
525 /*
526  * OP RELEASE / OP START / OP STOP
527  *
528  * Simple operations on a PMC id.
529  */
530
531 struct pmc_op_simple {
532         pmc_id_t        pm_pmcid;
533 };
534
535 /*
536  * OP WRITELOG
537  *
538  * Flush the current log buffer and write 4 bytes of user data to it.
539  */
540
541 struct pmc_op_writelog {
542         uint32_t        pm_userdata;
543 };
544
545 /*
546  * OP GETMSR
547  *
548  * Retrieve the machine specific address assoicated with the allocated
549  * PMC.  This number can be used subsequently with a read-performance-counter
550  * instruction.
551  */
552
553 struct pmc_op_getmsr {
554         uint32_t        pm_msr;         /* machine specific address */
555         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* allocated pmc id */
556 };
557
558 #ifdef _KERNEL
559
560 #include <sys/malloc.h>
561 #include <sys/sysctl.h>
562
563 #include <machine/frame.h>
564
565 #define PMC_HASH_SIZE                           16
566 #define PMC_MTXPOOL_SIZE                        32
567 #define PMC_LOG_BUFFER_SIZE                     4
568 #define PMC_NLOGBUFFERS                         16
569 #define PMC_NSAMPLES                            32
570 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH                     8
571
572 #define PMC_SYSCTL_NAME_PREFIX "kern." PMC_MODULE_NAME "."
573
574 /*
575  * Locking keys
576  *
577  * (b) - pmc_bufferlist_mtx (spin lock)
578  * (k) - pmc_kthread_mtx (sleep lock)
579  * (o) - po->po_mtx (spin lock)
580  */
581
582 /*
583  * PMC commands
584  */
585
586 struct pmc_syscall_args {
587         uint32_t        pmop_code;      /* one of PMC_OP_* */
588         void            *pmop_data;     /* syscall parameter */
589 };
590
591 /*
592  * Interface to processor specific s1tuff
593  */
594
595 /*
596  * struct pmc_descr
597  *
598  * Machine independent (i.e., the common parts) of a human readable
599  * PMC description.
600  */
601
602 struct pmc_descr {
603         char            pd_name[PMC_NAME_MAX]; /* name */
604         uint32_t        pd_caps;        /* capabilities */
605         enum pmc_class  pd_class;       /* class of the PMC */
606         uint32_t        pd_width;       /* width in bits */
607 };
608
609 /*
610  * struct pmc_target
611  *
612  * This structure records all the target processes associated with a
613  * PMC.
614  */
615
616 struct pmc_target {
617         LIST_ENTRY(pmc_target)  pt_next;
618         struct pmc_process      *pt_process; /* target descriptor */
619 };
620
621 /*
622  * struct pmc
623  *
624  * Describes each allocated PMC.
625  *
626  * Each PMC has precisely one owner, namely the process that allocated
627  * the PMC.
628  *
629  * A PMC may be attached to multiple target processes.  The
630  * 'pm_targets' field links all the target processes being monitored
631  * by this PMC.
632  *
633  * The 'pm_savedvalue' field is protected by a mutex.
634  *
635  * On a multi-cpu machine, multiple target threads associated with a
636  * process-virtual PMC could be concurrently executing on different
637  * CPUs.  The 'pm_runcount' field is atomically incremented every time
638  * the PMC gets scheduled on a CPU and atomically decremented when it
639  * get descheduled.  Deletion of a PMC is only permitted when this
640  * field is '0'.
641  *
642  */
643
644 struct pmc {
645         LIST_HEAD(,pmc_target)  pm_targets;     /* list of target processes */
646         LIST_ENTRY(pmc)         pm_next;        /* owner's list */
647
648         /*
649          * System-wide PMCs are allocated on a CPU and are not moved
650          * around.  For system-wide PMCs we record the CPU the PMC was
651          * allocated on in the 'CPU' field of the pmc ID.
652          *
653          * Virtual PMCs run on whichever CPU is currently executing
654          * their targets' threads.  For these PMCs we need to save
655          * their current PMC counter values when they are taken off
656          * CPU.
657          */
658
659         union {
660                 pmc_value_t     pm_savedvalue;  /* Virtual PMCS */
661         } pm_gv;
662
663         /*
664          * For sampling mode PMCs, we keep track of the PMC's "reload
665          * count", which is the counter value to be loaded in when
666          * arming the PMC for the next counting session.  For counting
667          * modes on PMCs that are read-only (e.g., the x86 TSC), we
668          * keep track of the initial value at the start of
669          * counting-mode operation.
670          */
671
672         union {
673                 pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling PMC modes */
674                 pmc_value_t     pm_initial;     /* counting PMC modes */
675         } pm_sc;
676
677         uint32_t        pm_stalled;     /* marks stalled sampling PMCs */
678         uint32_t        pm_caps;        /* PMC capabilities */
679         enum pmc_event  pm_event;       /* event being measured */
680         uint32_t        pm_flags;       /* additional flags PMC_F_... */
681         struct pmc_owner *pm_owner;     /* owner thread state */
682         int             pm_runcount;    /* #cpus currently on */
683         enum pmc_state  pm_state;       /* current PMC state */
684
685         /*
686          * The PMC ID field encodes the row-index for the PMC, its
687          * mode, class and the CPU# associated with the PMC.
688          */
689
690         pmc_id_t        pm_id;          /* allocated PMC id */
691
692         /* md extensions */
693         union pmc_md_pmc        pm_md;
694 };
695
696 /*
697  * Accessor macros for 'struct pmc'
698  */
699
700 #define PMC_TO_MODE(P)          PMC_ID_TO_MODE((P)->pm_id)
701 #define PMC_TO_CLASS(P)         PMC_ID_TO_CLASS((P)->pm_id)
702 #define PMC_TO_ROWINDEX(P)      PMC_ID_TO_ROWINDEX((P)->pm_id)
703 #define PMC_TO_CPU(P)           PMC_ID_TO_CPU((P)->pm_id)
704
705
706 /*
707  * struct pmc_process
708  *
709  * Record a 'target' process being profiled.
710  *
711  * The target process being profiled could be different from the owner
712  * process which allocated the PMCs.  Each target process descriptor
713  * is associated with NHWPMC 'struct pmc *' pointers.  Each PMC at a
714  * given hardware row-index 'n' will use slot 'n' of the 'pp_pmcs[]'
715  * array.  The size of this structure is thus PMC architecture
716  * dependent.
717  *
718  */
719
720 struct pmc_targetstate {
721         struct pmc      *pp_pmc;   /* target PMC */
722         pmc_value_t     pp_pmcval; /* per-process value */
723 };
724
725 struct pmc_process {
726         LIST_ENTRY(pmc_process) pp_next;        /* hash chain */
727         int             pp_refcnt;              /* reference count */
728         uint32_t        pp_flags;               /* flags PMC_PP_* */
729         struct proc     *pp_proc;               /* target thread */
730         struct pmc_targetstate pp_pmcs[];       /* NHWPMCs */
731 };
732
733 #define PMC_PP_ENABLE_MSR_ACCESS        0x00000001
734
735 /*
736  * struct pmc_owner
737  *
738  * We associate a PMC with an 'owner' process.
739  *
740  * A process can be associated with 0..NCPUS*NHWPMC PMCs during its
741  * lifetime, where NCPUS is the numbers of CPUS in the system and
742  * NHWPMC is the number of hardware PMCs per CPU.  These are
743  * maintained in the list headed by the 'po_pmcs' to save on space.
744  *
745  */
746
747 struct pmc_owner  {
748         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_next;        /* hash chain */
749         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_ssnext;      /* list of SS PMC owners */
750         LIST_HEAD(, pmc)        po_pmcs;        /* owned PMC list */
751         TAILQ_HEAD(, pmclog_buffer) po_logbuffers; /* (o) logbuffer list */
752         struct mtx              po_mtx;         /* spin lock for (o) */
753         struct proc             *po_owner;      /* owner proc */
754         uint32_t                po_flags;       /* (k) flags PMC_PO_* */
755         struct proc             *po_kthread;    /* (k) helper kthread */
756         struct pmclog_buffer    *po_curbuf;     /* current log buffer */
757         struct file             *po_file;       /* file reference */
758         int                     po_error;       /* recorded error */
759         short                   po_sscount;     /* # SS PMCs owned */
760         short                   po_logprocmaps; /* global mappings done */
761 };
762
763 #define PMC_PO_OWNS_LOGFILE             0x00000001 /* has a log file */
764 #define PMC_PO_SHUTDOWN                 0x00000010 /* in the process of shutdown */
765 #define PMC_PO_INITIAL_MAPPINGS_DONE    0x00000020
766
767 /*
768  * struct pmc_hw -- describe the state of the PMC hardware
769  *
770  * When in use, a HW PMC is associated with one allocated 'struct pmc'
771  * pointed to by field 'phw_pmc'.  When inactive, this field is NULL.
772  *
773  * On an SMP box, one or more HW PMC's in process virtual mode with
774  * the same 'phw_pmc' could be executing on different CPUs.  In order
775  * to handle this case correctly, we need to ensure that only
776  * incremental counts get added to the saved value in the associated
777  * 'struct pmc'.  The 'phw_save' field is used to keep the saved PMC
778  * value at the time the hardware is started during this context
779  * switch (i.e., the difference between the new (hardware) count and
780  * the saved count is atomically added to the count field in 'struct
781  * pmc' at context switch time).
782  *
783  */
784
785 struct pmc_hw {
786         uint32_t        phw_state;      /* see PHW_* macros below */
787         struct pmc      *phw_pmc;       /* current thread PMC */
788 };
789
790 #define PMC_PHW_RI_MASK         0x000000FF
791 #define PMC_PHW_CPU_SHIFT       8
792 #define PMC_PHW_CPU_MASK        0x0000FF00
793 #define PMC_PHW_FLAGS_SHIFT     16
794 #define PMC_PHW_FLAGS_MASK      0xFFFF0000
795
796 #define PMC_PHW_INDEX_TO_STATE(ri)      ((ri) & PMC_PHW_RI_MASK)
797 #define PMC_PHW_STATE_TO_INDEX(state)   ((state) & PMC_PHW_RI_MASK)
798 #define PMC_PHW_CPU_TO_STATE(cpu)       (((cpu) << PMC_PHW_CPU_SHIFT) & \
799         PMC_PHW_CPU_MASK)
800 #define PMC_PHW_STATE_TO_CPU(state)     (((state) & PMC_PHW_CPU_MASK) >> \
801         PMC_PHW_CPU_SHIFT)
802 #define PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(flags)   (((flags) << PMC_PHW_FLAGS_SHIFT) & \
803         PMC_PHW_FLAGS_MASK)
804 #define PMC_PHW_STATE_TO_FLAGS(state)   (((state) & PMC_PHW_FLAGS_MASK) >> \
805         PMC_PHW_FLAGS_SHIFT)
806 #define PMC_PHW_FLAG_IS_ENABLED         (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x01))
807 #define PMC_PHW_FLAG_IS_SHAREABLE       (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x02))
808
809 /*
810  * struct pmc_sample
811  *
812  * Space for N (tunable) PC samples and associated control data.
813  */
814
815 struct pmc_sample {
816         uint16_t                ps_nsamples;    /* callchain depth */
817         uint8_t                 ps_cpu;         /* cpu number */
818         uint8_t                 ps_flags;       /* other flags */
819         pid_t                   ps_pid;         /* process PID or -1 */
820         struct thread           *ps_td;         /* which thread */
821         struct pmc              *ps_pmc;        /* interrupting PMC */
822         uintptr_t               *ps_pc;         /* (const) callchain start */
823 };
824
825 #define PMC_SAMPLE_FREE         ((uint16_t) 0)
826 #define PMC_SAMPLE_INUSE        ((uint16_t) 0xFFFF)
827
828 struct pmc_samplebuffer {
829         struct pmc_sample * volatile ps_read;   /* read pointer */
830         struct pmc_sample * volatile ps_write;  /* write pointer */
831         uintptr_t               *ps_callchains; /* all saved call chains */
832         struct pmc_sample       *ps_fence;      /* one beyond ps_samples[] */
833         struct pmc_sample       ps_samples[];   /* array of sample entries */
834 };
835
836
837 /*
838  * struct pmc_cpustate
839  *
840  * A CPU is modelled as a collection of HW PMCs with space for additional
841  * flags.
842  */
843
844 struct pmc_cpu {
845         uint32_t        pc_state;       /* physical cpu number + flags */
846         struct pmc_samplebuffer *pc_sb; /* space for samples */
847         struct pmc_hw   *pc_hwpmcs[];   /* 'npmc' pointers */
848 };
849
850 #define PMC_PCPU_CPU_MASK               0x000000FF
851 #define PMC_PCPU_FLAGS_MASK             0xFFFFFF00
852 #define PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT            8
853 #define PMC_PCPU_STATE_TO_CPU(S)        ((S) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
854 #define PMC_PCPU_STATE_TO_FLAGS(S)      (((S) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK) >> PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT)
855 #define PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(F)      (((F) << PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK)
856 #define PMC_PCPU_CPU_TO_STATE(C)        ((C) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
857 #define PMC_PCPU_FLAG_HTT               (PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(0x1))
858
859 /*
860  * struct pmc_binding
861  *
862  * CPU binding information.
863  */
864
865 struct pmc_binding {
866         int     pb_bound;       /* is bound? */
867         int     pb_cpu;         /* if so, to which CPU */
868 };
869
870
871 struct pmc_mdep;
872
873 /*
874  * struct pmc_classdep
875  *
876  * PMC class-dependent operations.
877  */
878 struct pmc_classdep {
879         uint32_t        pcd_caps;       /* class capabilities */
880         enum pmc_class  pcd_class;      /* class id */
881         int             pcd_num;        /* number of PMCs */
882         int             pcd_ri;         /* row index of the first PMC in class */
883         int             pcd_width;      /* width of the PMC */
884
885         /* configuring/reading/writing the hardware PMCs */
886         int (*pcd_config_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
887         int (*pcd_get_config)(int _cpu, int _ri, struct pmc **_ppm);
888         int (*pcd_read_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t *_value);
889         int (*pcd_write_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t _value);
890
891         /* pmc allocation/release */
892         int (*pcd_allocate_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_t,
893                 const struct pmc_op_pmcallocate *_a);
894         int (*pcd_release_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
895
896         /* starting and stopping PMCs */
897         int (*pcd_start_pmc)(int _cpu, int _ri);
898         int (*pcd_stop_pmc)(int _cpu, int _ri);
899
900         /* description */
901         int (*pcd_describe)(int _cpu, int _ri, struct pmc_info *_pi,
902                 struct pmc **_ppmc);
903
904         /* class-dependent initialization & finalization */
905         int (*pcd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
906         int (*pcd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
907
908         /* machine-specific interface */
909         int (*pcd_get_msr)(int _ri, uint32_t *_msr);
910 };
911
912 /*
913  * struct pmc_mdep
914  *
915  * Machine dependent bits needed per CPU type.
916  */
917
918 struct pmc_mdep  {
919         uint32_t        pmd_cputype;    /* from enum pmc_cputype */
920         uint32_t        pmd_npmc;       /* number of PMCs per CPU */
921         uint32_t        pmd_nclass;     /* number of PMC classes present */
922
923         /*
924          * Machine dependent methods.
925          */
926
927         /* per-cpu initialization and finalization */
928         int (*pmd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
929         int (*pmd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
930
931         /* thread context switch in/out */
932         int (*pmd_switch_in)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
933         int (*pmd_switch_out)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
934
935         /* handle a PMC interrupt */
936         int (*pmd_intr)(int _cpu, struct trapframe *_tf);
937
938         /*
939          * PMC class dependent information.
940          */
941         struct pmc_classdep pmd_classdep[];
942 };
943
944 /*
945  * Per-CPU state.  This is an array of 'mp_ncpu' pointers
946  * to struct pmc_cpu descriptors.
947  */
948
949 extern struct pmc_cpu **pmc_pcpu;
950
951 /* driver statistics */
952 extern struct pmc_op_getdriverstats pmc_stats;
953
954 #if     defined(DEBUG) && DEBUG
955
956 /* debug flags, major flag groups */
957 struct pmc_debugflags {
958         int     pdb_CPU;
959         int     pdb_CSW;
960         int     pdb_LOG;
961         int     pdb_MDP;
962         int     pdb_MOD;
963         int     pdb_OWN;
964         int     pdb_PMC;
965         int     pdb_PRC;
966         int     pdb_SAM;
967 };
968
969 extern struct pmc_debugflags pmc_debugflags;
970
971 #define PMC_DEBUG_STRSIZE               128
972 #define PMC_DEBUG_DEFAULT_FLAGS         { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
973
974 #define PMCDBG(M,N,L,F,...) do {                                        \
975         if (pmc_debugflags.pdb_ ## M & (1 << PMC_DEBUG_MIN_ ## N))      \
976                 printf(#M ":" #N ":" #L  ": " F "\n", __VA_ARGS__);     \
977 } while (0)
978
979 /* Major numbers */
980 #define PMC_DEBUG_MAJ_CPU               0 /* cpu switches */
981 #define PMC_DEBUG_MAJ_CSW               1 /* context switches */
982 #define PMC_DEBUG_MAJ_LOG               2 /* logging */
983 #define PMC_DEBUG_MAJ_MDP               3 /* machine dependent */
984 #define PMC_DEBUG_MAJ_MOD               4 /* misc module infrastructure */
985 #define PMC_DEBUG_MAJ_OWN               5 /* owner */
986 #define PMC_DEBUG_MAJ_PMC               6 /* pmc management */
987 #define PMC_DEBUG_MAJ_PRC               7 /* processes */
988 #define PMC_DEBUG_MAJ_SAM               8 /* sampling */
989
990 /* Minor numbers */
991
992 /* Common (8 bits) */
993 #define PMC_DEBUG_MIN_ALL               0 /* allocation */
994 #define PMC_DEBUG_MIN_REL               1 /* release */
995 #define PMC_DEBUG_MIN_OPS               2 /* ops: start, stop, ... */
996 #define PMC_DEBUG_MIN_INI               3 /* init */
997 #define PMC_DEBUG_MIN_FND               4 /* find */
998
999 /* MODULE */
1000 #define PMC_DEBUG_MIN_PMH              14 /* pmc_hook */
1001 #define PMC_DEBUG_MIN_PMS              15 /* pmc_syscall */
1002
1003 /* OWN */
1004 #define PMC_DEBUG_MIN_ORM               8 /* owner remove */
1005 #define PMC_DEBUG_MIN_OMR               9 /* owner maybe remove */
1006
1007 /* PROCESSES */
1008 #define PMC_DEBUG_MIN_TLK               8 /* link target */
1009 #define PMC_DEBUG_MIN_TUL               9 /* unlink target */
1010 #define PMC_DEBUG_MIN_EXT              10 /* process exit */
1011 #define PMC_DEBUG_MIN_EXC              11 /* process exec */
1012 #define PMC_DEBUG_MIN_FRK              12 /* process fork */
1013 #define PMC_DEBUG_MIN_ATT              13 /* attach/detach */
1014 #define PMC_DEBUG_MIN_SIG              14 /* signalling */
1015
1016 /* CONTEXT SWITCHES */
1017 #define PMC_DEBUG_MIN_SWI               8 /* switch in */
1018 #define PMC_DEBUG_MIN_SWO               9 /* switch out */
1019
1020 /* PMC */
1021 #define PMC_DEBUG_MIN_REG               8 /* pmc register */
1022 #define PMC_DEBUG_MIN_ALR               9 /* allocate row */
1023
1024 /* MACHINE DEPENDENT LAYER */
1025 #define PMC_DEBUG_MIN_REA               8 /* read */
1026 #define PMC_DEBUG_MIN_WRI               9 /* write */
1027 #define PMC_DEBUG_MIN_CFG              10 /* config */
1028 #define PMC_DEBUG_MIN_STA              11 /* start */
1029 #define PMC_DEBUG_MIN_STO              12 /* stop */
1030 #define PMC_DEBUG_MIN_INT              13 /* interrupts */
1031
1032 /* CPU */
1033 #define PMC_DEBUG_MIN_BND               8 /* bind */
1034 #define PMC_DEBUG_MIN_SEL               9 /* select */
1035
1036 /* LOG */
1037 #define PMC_DEBUG_MIN_GTB               8 /* get buf */
1038 #define PMC_DEBUG_MIN_SIO               9 /* schedule i/o */
1039 #define PMC_DEBUG_MIN_FLS              10 /* flush */
1040 #define PMC_DEBUG_MIN_SAM              11 /* sample */
1041 #define PMC_DEBUG_MIN_CLO              12 /* close */
1042
1043 #else
1044 #define PMCDBG(M,N,L,F,...)             /* nothing */
1045 #endif
1046
1047 /* declare a dedicated memory pool */
1048 MALLOC_DECLARE(M_PMC);
1049
1050 /*
1051  * Functions
1052  */
1053
1054 struct pmc_mdep *pmc_md_initialize(void);       /* MD init function */
1055 void    pmc_md_finalize(struct pmc_mdep *_md);  /* MD fini function */
1056 int     pmc_getrowdisp(int _ri);
1057 int     pmc_process_interrupt(int _cpu, struct pmc *_pm,
1058     struct trapframe *_tf, int _inuserspace);
1059 int     pmc_save_kernel_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1060     struct trapframe *_tf);
1061 int     pmc_save_user_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1062     struct trapframe *_tf);
1063 #endif /* _KERNEL */
1064 #endif /* _SYS_PMC_H_ */