]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/sys/pmc.h
MFC r232181, r232455:
[FreeBSD/stable/9.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(INTEL_XSCALE, 0x100,  "Intel XScale") \
90         __PMC_CPU(MIPS_24K,     0x200,  "MIPS 24K")  \
91         __PMC_CPU(PPC_7450,     0x300,  "PowerPC MPC7450")
92
93 enum pmc_cputype {
94 #undef  __PMC_CPU
95 #define __PMC_CPU(S,V,D)        PMC_CPU_##S = V,
96         __PMC_CPUS()
97 };
98
99 #define PMC_CPU_FIRST   PMC_CPU_AMD_K7
100 #define PMC_CPU_LAST    PMC_CPU_PPC_7450
101
102 /*
103  * Classes of PMCs
104  */
105
106 #define __PMC_CLASSES()                                                 \
107         __PMC_CLASS(TSC)        /* CPU Timestamp counter */             \
108         __PMC_CLASS(K7)         /* AMD K7 performance counters */       \
109         __PMC_CLASS(K8)         /* AMD K8 performance counters */       \
110         __PMC_CLASS(P5)         /* Intel Pentium counters */            \
111         __PMC_CLASS(P6)         /* Intel Pentium Pro counters */        \
112         __PMC_CLASS(P4)         /* Intel Pentium-IV counters */         \
113         __PMC_CLASS(IAF)        /* Intel Core2/Atom, fixed function */  \
114         __PMC_CLASS(IAP)        /* Intel Core...Atom, programmable */   \
115         __PMC_CLASS(UCF)        /* Intel Uncore fixed function */       \
116         __PMC_CLASS(UCP)        /* Intel Uncore programmable */         \
117         __PMC_CLASS(XSCALE)     /* Intel XScale counters */             \
118         __PMC_CLASS(MIPS24K)    /* MIPS 24K */ \
119         __PMC_CLASS(PPC7450)    /* Motorola MPC7450 class */
120
121 enum pmc_class {
122 #undef  __PMC_CLASS
123 #define __PMC_CLASS(N)  PMC_CLASS_##N ,
124         __PMC_CLASSES()
125 };
126
127 #define PMC_CLASS_FIRST PMC_CLASS_TSC
128 #define PMC_CLASS_LAST  PMC_CLASS_PPC7450
129
130 /*
131  * A PMC can be in the following states:
132  *
133  * Hardware states:
134  *   DISABLED   -- administratively prohibited from being used.
135  *   FREE       -- HW available for use
136  * Software states:
137  *   ALLOCATED  -- allocated
138  *   STOPPED    -- allocated, but not counting events
139  *   RUNNING    -- allocated, and in operation; 'pm_runcount'
140  *                 holds the number of CPUs using this PMC at
141  *                 a given instant
142  *   DELETED    -- being destroyed
143  */
144
145 #define __PMC_HWSTATES()                        \
146         __PMC_STATE(DISABLED)                   \
147         __PMC_STATE(FREE)
148
149 #define __PMC_SWSTATES()                        \
150         __PMC_STATE(ALLOCATED)                  \
151         __PMC_STATE(STOPPED)                    \
152         __PMC_STATE(RUNNING)                    \
153         __PMC_STATE(DELETED)
154
155 #define __PMC_STATES()                          \
156         __PMC_HWSTATES()                        \
157         __PMC_SWSTATES()
158
159 enum pmc_state {
160 #undef  __PMC_STATE
161 #define __PMC_STATE(S)  PMC_STATE_##S,
162         __PMC_STATES()
163         __PMC_STATE(MAX)
164 };
165
166 #define PMC_STATE_FIRST PMC_STATE_DISABLED
167 #define PMC_STATE_LAST  PMC_STATE_DELETED
168
169 /*
170  * An allocated PMC may used as a 'global' counter or as a
171  * 'thread-private' one.  Each such mode of use can be in either
172  * statistical sampling mode or in counting mode.  Thus a PMC in use
173  *
174  * SS i.e., SYSTEM STATISTICAL  -- system-wide statistical profiling
175  * SC i.e., SYSTEM COUNTER      -- system-wide counting mode
176  * TS i.e., THREAD STATISTICAL  -- thread virtual, statistical profiling
177  * TC i.e., THREAD COUNTER      -- thread virtual, counting mode
178  *
179  * Statistical profiling modes rely on the PMC periodically delivering
180  * a interrupt to the CPU (when the configured number of events have
181  * been measured), so the PMC must have the ability to generate
182  * interrupts.
183  *
184  * In counting modes, the PMC counts its configured events, with the
185  * value of the PMC being read whenever needed by its owner process.
186  *
187  * The thread specific modes "virtualize" the PMCs -- the PMCs appear
188  * to be thread private and count events only when the profiled thread
189  * actually executes on the CPU.
190  *
191  * The system-wide "global" modes keep the PMCs running all the time
192  * and are used to measure the behaviour of the whole system.
193  */
194
195 #define __PMC_MODES()                           \
196         __PMC_MODE(SS,  0)                      \
197         __PMC_MODE(SC,  1)                      \
198         __PMC_MODE(TS,  2)                      \
199         __PMC_MODE(TC,  3)
200
201 enum pmc_mode {
202 #undef  __PMC_MODE
203 #define __PMC_MODE(M,N) PMC_MODE_##M = N,
204         __PMC_MODES()
205 };
206
207 #define PMC_MODE_FIRST  PMC_MODE_SS
208 #define PMC_MODE_LAST   PMC_MODE_TC
209
210 #define PMC_IS_COUNTING_MODE(mode)                              \
211         ((mode) == PMC_MODE_SC || (mode) == PMC_MODE_TC)
212 #define PMC_IS_SYSTEM_MODE(mode)                                \
213         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_SC)
214 #define PMC_IS_SAMPLING_MODE(mode)                              \
215         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_TS)
216 #define PMC_IS_VIRTUAL_MODE(mode)                               \
217         ((mode) == PMC_MODE_TS || (mode) == PMC_MODE_TC)
218
219 /*
220  * PMC row disposition
221  */
222
223 #define __PMC_DISPOSITIONS(N)                                   \
224         __PMC_DISP(STANDALONE)  /* global/disabled counters */  \
225         __PMC_DISP(FREE)        /* free/available */            \
226         __PMC_DISP(THREAD)      /* thread-virtual PMCs */       \
227         __PMC_DISP(UNKNOWN)     /* sentinel */
228
229 enum pmc_disp {
230 #undef  __PMC_DISP
231 #define __PMC_DISP(D)   PMC_DISP_##D ,
232         __PMC_DISPOSITIONS()
233 };
234
235 #define PMC_DISP_FIRST  PMC_DISP_STANDALONE
236 #define PMC_DISP_LAST   PMC_DISP_THREAD
237
238 /*
239  * Counter capabilities
240  *
241  * __PMC_CAPS(NAME, VALUE, DESCRIPTION)
242  */
243
244 #define __PMC_CAPS()                                                    \
245         __PMC_CAP(INTERRUPT,    0, "generate interrupts")               \
246         __PMC_CAP(USER,         1, "count user-mode events")            \
247         __PMC_CAP(SYSTEM,       2, "count system-mode events")          \
248         __PMC_CAP(EDGE,         3, "do edge detection of events")       \
249         __PMC_CAP(THRESHOLD,    4, "ignore events below a threshold")   \
250         __PMC_CAP(READ,         5, "read PMC counter")                  \
251         __PMC_CAP(WRITE,        6, "reprogram PMC counter")             \
252         __PMC_CAP(INVERT,       7, "invert comparision sense")          \
253         __PMC_CAP(QUALIFIER,    8, "further qualify monitored events")  \
254         __PMC_CAP(PRECISE,      9, "perform precise sampling")          \
255         __PMC_CAP(TAGGING,      10, "tag upstream events")              \
256         __PMC_CAP(CASCADE,      11, "cascade counters")
257
258 enum pmc_caps
259 {
260 #undef  __PMC_CAP
261 #define __PMC_CAP(NAME, VALUE, DESCR)   PMC_CAP_##NAME = (1 << VALUE) ,
262         __PMC_CAPS()
263 };
264
265 #define PMC_CAP_FIRST           PMC_CAP_INTERRUPT
266 #define PMC_CAP_LAST            PMC_CAP_CASCADE
267
268 /*
269  * PMC Event Numbers
270  *
271  * These are generated from the definitions in "dev/hwpmc/pmc_events.h".
272  */
273
274 enum pmc_event {
275 #undef  __PMC_EV
276 #undef  __PMC_EV_BLOCK
277 #define __PMC_EV_BLOCK(C,V)     PMC_EV_ ## C ## __BLOCK_START = (V) - 1 ,
278 #define __PMC_EV(C,N)           PMC_EV_ ## C ## _ ## N ,
279         __PMC_EVENTS()
280 };
281
282 /*
283  * PMC SYSCALL INTERFACE
284  */
285
286 /*
287  * "PMC_OPS" -- these are the commands recognized by the kernel
288  * module, and are used when performing a system call from userland.
289  */
290 #define __PMC_OPS()                                                     \
291         __PMC_OP(CONFIGURELOG, "Set log file")                          \
292         __PMC_OP(FLUSHLOG, "Flush log file")                            \
293         __PMC_OP(GETCPUINFO, "Get system CPU information")              \
294         __PMC_OP(GETDRIVERSTATS, "Get driver statistics")               \
295         __PMC_OP(GETMODULEVERSION, "Get module version")                \
296         __PMC_OP(GETPMCINFO, "Get per-cpu PMC information")             \
297         __PMC_OP(PMCADMIN, "Set PMC state")                             \
298         __PMC_OP(PMCALLOCATE, "Allocate and configure a PMC")           \
299         __PMC_OP(PMCATTACH, "Attach a PMC to a process")                \
300         __PMC_OP(PMCDETACH, "Detach a PMC from a process")              \
301         __PMC_OP(PMCGETMSR, "Get a PMC's hardware address")             \
302         __PMC_OP(PMCRELEASE, "Release a PMC")                           \
303         __PMC_OP(PMCRW, "Read/Set a PMC")                               \
304         __PMC_OP(PMCSETCOUNT, "Set initial count/sampling rate")        \
305         __PMC_OP(PMCSTART, "Start a PMC")                               \
306         __PMC_OP(PMCSTOP, "Stop a PMC")                                 \
307         __PMC_OP(WRITELOG, "Write a cookie to the log file")            \
308         __PMC_OP(CLOSELOG, "Close log file")
309
310
311 enum pmc_ops {
312 #undef  __PMC_OP
313 #define __PMC_OP(N, D)  PMC_OP_##N,
314         __PMC_OPS()
315 };
316
317
318 /*
319  * Flags used in operations on PMCs.
320  */
321
322 #define PMC_F_FORCE             0x00000001 /*OP ADMIN force operation */
323 #define PMC_F_DESCENDANTS       0x00000002 /*OP ALLOCATE track descendants */
324 #define PMC_F_LOG_PROCCSW       0x00000004 /*OP ALLOCATE track ctx switches */
325 #define PMC_F_LOG_PROCEXIT      0x00000008 /*OP ALLOCATE log proc exits */
326 #define PMC_F_NEWVALUE          0x00000010 /*OP RW write new value */
327 #define PMC_F_OLDVALUE          0x00000020 /*OP RW get old value */
328 #define PMC_F_KGMON             0x00000040 /*OP ALLOCATE kgmon(8) profiling */
329 /* V2 API */
330 #define PMC_F_CALLCHAIN         0x00000080 /*OP ALLOCATE capture callchains */
331
332 /* internal flags */
333 #define PMC_F_ATTACHED_TO_OWNER 0x00010000 /*attached to owner*/
334 #define PMC_F_NEEDS_LOGFILE     0x00020000 /*needs log file */
335 #define PMC_F_ATTACH_DONE       0x00040000 /*attached at least once */
336
337 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH_MAX 32
338 #define PMC_CC_F_USERSPACE      0x01       /*userspace callchain*/
339
340 /*
341  * Cookies used to denote allocated PMCs, and the values of PMCs.
342  */
343
344 typedef uint32_t        pmc_id_t;
345 typedef uint64_t        pmc_value_t;
346
347 #define PMC_ID_INVALID          (~ (pmc_id_t) 0)
348
349 /*
350  * PMC IDs have the following format:
351  *
352  * +--------+----------+-----------+-----------+
353  * |   CPU  | PMC MODE | PMC CLASS | ROW INDEX |
354  * +--------+----------+-----------+-----------+
355  *
356  * where each field is 8 bits wide.  Field 'CPU' is set to the
357  * requested CPU for system-wide PMCs or PMC_CPU_ANY for process-mode
358  * PMCs.  Field 'PMC MODE' is the allocated PMC mode.  Field 'PMC
359  * CLASS' is the class of the PMC.  Field 'ROW INDEX' is the row index
360  * for the PMC.
361  *
362  * The 'ROW INDEX' ranges over 0..NWPMCS where NHWPMCS is the total
363  * number of hardware PMCs on this cpu.
364  */
365
366
367 #define PMC_ID_TO_ROWINDEX(ID)  ((ID) & 0xFF)
368 #define PMC_ID_TO_CLASS(ID)     (((ID) & 0xFF00) >> 8)
369 #define PMC_ID_TO_MODE(ID)      (((ID) & 0xFF0000) >> 16)
370 #define PMC_ID_TO_CPU(ID)       (((ID) & 0xFF000000) >> 24)
371 #define PMC_ID_MAKE_ID(CPU,MODE,CLASS,ROWINDEX)                 \
372         ((((CPU) & 0xFF) << 24) | (((MODE) & 0xFF) << 16) |     \
373         (((CLASS) & 0xFF) << 8) | ((ROWINDEX) & 0xFF))
374
375 /*
376  * Data structures for system calls supported by the pmc driver.
377  */
378
379 /*
380  * OP PMCALLOCATE
381  *
382  * Allocate a PMC on the named CPU.
383  */
384
385 #define PMC_CPU_ANY     ~0
386
387 struct pmc_op_pmcallocate {
388         uint32_t        pm_caps;        /* PMC_CAP_* */
389         uint32_t        pm_cpu;         /* CPU number or PMC_CPU_ANY */
390         enum pmc_class  pm_class;       /* class of PMC desired */
391         enum pmc_event  pm_ev;          /* [enum pmc_event] desired */
392         uint32_t        pm_flags;       /* additional modifiers PMC_F_* */
393         enum pmc_mode   pm_mode;        /* desired mode */
394         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* [return] process pmc id */
395
396         union pmc_md_op_pmcallocate pm_md; /* MD layer extensions */
397 };
398
399 /*
400  * OP PMCADMIN
401  *
402  * Set the administrative state (i.e., whether enabled or disabled) of
403  * a PMC 'pm_pmc' on CPU 'pm_cpu'.  Note that 'pm_pmc' specifies an
404  * absolute PMC number and need not have been first allocated by the
405  * calling process.
406  */
407
408 struct pmc_op_pmcadmin {
409         int             pm_cpu;         /* CPU# */
410         uint32_t        pm_flags;       /* flags */
411         int             pm_pmc;         /* PMC# */
412         enum pmc_state  pm_state;       /* desired state */
413 };
414
415 /*
416  * OP PMCATTACH / OP PMCDETACH
417  *
418  * Attach/detach a PMC and a process.
419  */
420
421 struct pmc_op_pmcattach {
422         pmc_id_t        pm_pmc;         /* PMC to attach to */
423         pid_t           pm_pid;         /* target process */
424 };
425
426 /*
427  * OP PMCSETCOUNT
428  *
429  * Set the sampling rate (i.e., the reload count) for statistical counters.
430  * 'pm_pmcid' need to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
431  */
432
433 struct pmc_op_pmcsetcount {
434         pmc_value_t     pm_count;       /* initial/sample count */
435         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* PMC id to set */
436 };
437
438
439 /*
440  * OP PMCRW
441  *
442  * Read the value of a PMC named by 'pm_pmcid'.  'pm_pmcid' needs
443  * to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
444  */
445
446
447 struct pmc_op_pmcrw {
448         uint32_t        pm_flags;       /* PMC_F_{OLD,NEW}VALUE*/
449         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* pmc id */
450         pmc_value_t     pm_value;       /* new&returned value */
451 };
452
453
454 /*
455  * OP GETPMCINFO
456  *
457  * retrieve PMC state for a named CPU.  The caller is expected to
458  * allocate 'npmc' * 'struct pmc_info' bytes of space for the return
459  * values.
460  */
461
462 struct pmc_info {
463         char            pm_name[PMC_NAME_MAX]; /* pmc name */
464         enum pmc_class  pm_class;       /* enum pmc_class */
465         int             pm_enabled;     /* whether enabled */
466         enum pmc_disp   pm_rowdisp;     /* FREE, THREAD or STANDLONE */
467         pid_t           pm_ownerpid;    /* owner, or -1 */
468         enum pmc_mode   pm_mode;        /* current mode [enum pmc_mode] */
469         enum pmc_event  pm_event;       /* current event */
470         uint32_t        pm_flags;       /* current flags */
471         pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling counters only */
472 };
473
474 struct pmc_op_getpmcinfo {
475         int32_t         pm_cpu;         /* 0 <= cpu < mp_maxid */
476         struct pmc_info pm_pmcs[];      /* space for 'npmc' structures */
477 };
478
479
480 /*
481  * OP GETCPUINFO
482  *
483  * Retrieve system CPU information.
484  */
485
486 struct pmc_classinfo {
487         enum pmc_class  pm_class;       /* class id */
488         uint32_t        pm_caps;        /* counter capabilities */
489         uint32_t        pm_width;       /* width of the PMC */
490         uint32_t        pm_num;         /* number of PMCs in class */
491 };
492
493 struct pmc_op_getcpuinfo {
494         enum pmc_cputype pm_cputype; /* what kind of CPU */
495         uint32_t        pm_ncpu;    /* max CPU number */
496         uint32_t        pm_npmc;    /* #PMCs per CPU */
497         uint32_t        pm_nclass;  /* #classes of PMCs */
498         struct pmc_classinfo  pm_classes[PMC_CLASS_MAX];
499 };
500
501 /*
502  * OP CONFIGURELOG
503  *
504  * Configure a log file for writing system-wide statistics to.
505  */
506
507 struct pmc_op_configurelog {
508         int             pm_flags;
509         int             pm_logfd;   /* logfile fd (or -1) */
510 };
511
512 /*
513  * OP GETDRIVERSTATS
514  *
515  * Retrieve pmc(4) driver-wide statistics.
516  */
517
518 struct pmc_op_getdriverstats {
519         int     pm_intr_ignored;        /* #interrupts ignored */
520         int     pm_intr_processed;      /* #interrupts processed */
521         int     pm_intr_bufferfull;     /* #interrupts with ENOSPC */
522         int     pm_syscalls;            /* #syscalls */
523         int     pm_syscall_errors;      /* #syscalls with errors */
524         int     pm_buffer_requests;     /* #buffer requests */
525         int     pm_buffer_requests_failed; /* #failed buffer requests */
526         int     pm_log_sweeps;          /* #sample buffer processing passes */
527 };
528
529 /*
530  * OP RELEASE / OP START / OP STOP
531  *
532  * Simple operations on a PMC id.
533  */
534
535 struct pmc_op_simple {
536         pmc_id_t        pm_pmcid;
537 };
538
539 /*
540  * OP WRITELOG
541  *
542  * Flush the current log buffer and write 4 bytes of user data to it.
543  */
544
545 struct pmc_op_writelog {
546         uint32_t        pm_userdata;
547 };
548
549 /*
550  * OP GETMSR
551  *
552  * Retrieve the machine specific address assoicated with the allocated
553  * PMC.  This number can be used subsequently with a read-performance-counter
554  * instruction.
555  */
556
557 struct pmc_op_getmsr {
558         uint32_t        pm_msr;         /* machine specific address */
559         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* allocated pmc id */
560 };
561
562 #ifdef _KERNEL
563
564 #include <sys/malloc.h>
565 #include <sys/sysctl.h>
566
567 #include <machine/frame.h>
568
569 #define PMC_HASH_SIZE                           16
570 #define PMC_MTXPOOL_SIZE                        32
571 #define PMC_LOG_BUFFER_SIZE                     4
572 #define PMC_NLOGBUFFERS                         16
573 #define PMC_NSAMPLES                            32
574 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH                     8
575
576 #define PMC_SYSCTL_NAME_PREFIX "kern." PMC_MODULE_NAME "."
577
578 /*
579  * Locking keys
580  *
581  * (b) - pmc_bufferlist_mtx (spin lock)
582  * (k) - pmc_kthread_mtx (sleep lock)
583  * (o) - po->po_mtx (spin lock)
584  */
585
586 /*
587  * PMC commands
588  */
589
590 struct pmc_syscall_args {
591         uint32_t        pmop_code;      /* one of PMC_OP_* */
592         void            *pmop_data;     /* syscall parameter */
593 };
594
595 /*
596  * Interface to processor specific s1tuff
597  */
598
599 /*
600  * struct pmc_descr
601  *
602  * Machine independent (i.e., the common parts) of a human readable
603  * PMC description.
604  */
605
606 struct pmc_descr {
607         char            pd_name[PMC_NAME_MAX]; /* name */
608         uint32_t        pd_caps;        /* capabilities */
609         enum pmc_class  pd_class;       /* class of the PMC */
610         uint32_t        pd_width;       /* width in bits */
611 };
612
613 /*
614  * struct pmc_target
615  *
616  * This structure records all the target processes associated with a
617  * PMC.
618  */
619
620 struct pmc_target {
621         LIST_ENTRY(pmc_target)  pt_next;
622         struct pmc_process      *pt_process; /* target descriptor */
623 };
624
625 /*
626  * struct pmc
627  *
628  * Describes each allocated PMC.
629  *
630  * Each PMC has precisely one owner, namely the process that allocated
631  * the PMC.
632  *
633  * A PMC may be attached to multiple target processes.  The
634  * 'pm_targets' field links all the target processes being monitored
635  * by this PMC.
636  *
637  * The 'pm_savedvalue' field is protected by a mutex.
638  *
639  * On a multi-cpu machine, multiple target threads associated with a
640  * process-virtual PMC could be concurrently executing on different
641  * CPUs.  The 'pm_runcount' field is atomically incremented every time
642  * the PMC gets scheduled on a CPU and atomically decremented when it
643  * get descheduled.  Deletion of a PMC is only permitted when this
644  * field is '0'.
645  *
646  */
647
648 struct pmc {
649         LIST_HEAD(,pmc_target)  pm_targets;     /* list of target processes */
650         LIST_ENTRY(pmc)         pm_next;        /* owner's list */
651
652         /*
653          * System-wide PMCs are allocated on a CPU and are not moved
654          * around.  For system-wide PMCs we record the CPU the PMC was
655          * allocated on in the 'CPU' field of the pmc ID.
656          *
657          * Virtual PMCs run on whichever CPU is currently executing
658          * their targets' threads.  For these PMCs we need to save
659          * their current PMC counter values when they are taken off
660          * CPU.
661          */
662
663         union {
664                 pmc_value_t     pm_savedvalue;  /* Virtual PMCS */
665         } pm_gv;
666
667         /*
668          * For sampling mode PMCs, we keep track of the PMC's "reload
669          * count", which is the counter value to be loaded in when
670          * arming the PMC for the next counting session.  For counting
671          * modes on PMCs that are read-only (e.g., the x86 TSC), we
672          * keep track of the initial value at the start of
673          * counting-mode operation.
674          */
675
676         union {
677                 pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling PMC modes */
678                 pmc_value_t     pm_initial;     /* counting PMC modes */
679         } pm_sc;
680
681         uint32_t        pm_stalled;     /* marks stalled sampling PMCs */
682         uint32_t        pm_caps;        /* PMC capabilities */
683         enum pmc_event  pm_event;       /* event being measured */
684         uint32_t        pm_flags;       /* additional flags PMC_F_... */
685         struct pmc_owner *pm_owner;     /* owner thread state */
686         int             pm_runcount;    /* #cpus currently on */
687         enum pmc_state  pm_state;       /* current PMC state */
688
689         /*
690          * The PMC ID field encodes the row-index for the PMC, its
691          * mode, class and the CPU# associated with the PMC.
692          */
693
694         pmc_id_t        pm_id;          /* allocated PMC id */
695
696         /* md extensions */
697         union pmc_md_pmc        pm_md;
698 };
699
700 /*
701  * Accessor macros for 'struct pmc'
702  */
703
704 #define PMC_TO_MODE(P)          PMC_ID_TO_MODE((P)->pm_id)
705 #define PMC_TO_CLASS(P)         PMC_ID_TO_CLASS((P)->pm_id)
706 #define PMC_TO_ROWINDEX(P)      PMC_ID_TO_ROWINDEX((P)->pm_id)
707 #define PMC_TO_CPU(P)           PMC_ID_TO_CPU((P)->pm_id)
708
709
710 /*
711  * struct pmc_process
712  *
713  * Record a 'target' process being profiled.
714  *
715  * The target process being profiled could be different from the owner
716  * process which allocated the PMCs.  Each target process descriptor
717  * is associated with NHWPMC 'struct pmc *' pointers.  Each PMC at a
718  * given hardware row-index 'n' will use slot 'n' of the 'pp_pmcs[]'
719  * array.  The size of this structure is thus PMC architecture
720  * dependent.
721  *
722  */
723
724 struct pmc_targetstate {
725         struct pmc      *pp_pmc;   /* target PMC */
726         pmc_value_t     pp_pmcval; /* per-process value */
727 };
728
729 struct pmc_process {
730         LIST_ENTRY(pmc_process) pp_next;        /* hash chain */
731         int             pp_refcnt;              /* reference count */
732         uint32_t        pp_flags;               /* flags PMC_PP_* */
733         struct proc     *pp_proc;               /* target thread */
734         struct pmc_targetstate pp_pmcs[];       /* NHWPMCs */
735 };
736
737 #define PMC_PP_ENABLE_MSR_ACCESS        0x00000001
738
739 /*
740  * struct pmc_owner
741  *
742  * We associate a PMC with an 'owner' process.
743  *
744  * A process can be associated with 0..NCPUS*NHWPMC PMCs during its
745  * lifetime, where NCPUS is the numbers of CPUS in the system and
746  * NHWPMC is the number of hardware PMCs per CPU.  These are
747  * maintained in the list headed by the 'po_pmcs' to save on space.
748  *
749  */
750
751 struct pmc_owner  {
752         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_next;        /* hash chain */
753         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_ssnext;      /* list of SS PMC owners */
754         LIST_HEAD(, pmc)        po_pmcs;        /* owned PMC list */
755         TAILQ_HEAD(, pmclog_buffer) po_logbuffers; /* (o) logbuffer list */
756         struct mtx              po_mtx;         /* spin lock for (o) */
757         struct proc             *po_owner;      /* owner proc */
758         uint32_t                po_flags;       /* (k) flags PMC_PO_* */
759         struct proc             *po_kthread;    /* (k) helper kthread */
760         struct pmclog_buffer    *po_curbuf;     /* current log buffer */
761         struct file             *po_file;       /* file reference */
762         int                     po_error;       /* recorded error */
763         short                   po_sscount;     /* # SS PMCs owned */
764         short                   po_logprocmaps; /* global mappings done */
765 };
766
767 #define PMC_PO_OWNS_LOGFILE             0x00000001 /* has a log file */
768 #define PMC_PO_SHUTDOWN                 0x00000010 /* in the process of shutdown */
769 #define PMC_PO_INITIAL_MAPPINGS_DONE    0x00000020
770
771 /*
772  * struct pmc_hw -- describe the state of the PMC hardware
773  *
774  * When in use, a HW PMC is associated with one allocated 'struct pmc'
775  * pointed to by field 'phw_pmc'.  When inactive, this field is NULL.
776  *
777  * On an SMP box, one or more HW PMC's in process virtual mode with
778  * the same 'phw_pmc' could be executing on different CPUs.  In order
779  * to handle this case correctly, we need to ensure that only
780  * incremental counts get added to the saved value in the associated
781  * 'struct pmc'.  The 'phw_save' field is used to keep the saved PMC
782  * value at the time the hardware is started during this context
783  * switch (i.e., the difference between the new (hardware) count and
784  * the saved count is atomically added to the count field in 'struct
785  * pmc' at context switch time).
786  *
787  */
788
789 struct pmc_hw {
790         uint32_t        phw_state;      /* see PHW_* macros below */
791         struct pmc      *phw_pmc;       /* current thread PMC */
792 };
793
794 #define PMC_PHW_RI_MASK         0x000000FF
795 #define PMC_PHW_CPU_SHIFT       8
796 #define PMC_PHW_CPU_MASK        0x0000FF00
797 #define PMC_PHW_FLAGS_SHIFT     16
798 #define PMC_PHW_FLAGS_MASK      0xFFFF0000
799
800 #define PMC_PHW_INDEX_TO_STATE(ri)      ((ri) & PMC_PHW_RI_MASK)
801 #define PMC_PHW_STATE_TO_INDEX(state)   ((state) & PMC_PHW_RI_MASK)
802 #define PMC_PHW_CPU_TO_STATE(cpu)       (((cpu) << PMC_PHW_CPU_SHIFT) & \
803         PMC_PHW_CPU_MASK)
804 #define PMC_PHW_STATE_TO_CPU(state)     (((state) & PMC_PHW_CPU_MASK) >> \
805         PMC_PHW_CPU_SHIFT)
806 #define PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(flags)   (((flags) << PMC_PHW_FLAGS_SHIFT) & \
807         PMC_PHW_FLAGS_MASK)
808 #define PMC_PHW_STATE_TO_FLAGS(state)   (((state) & PMC_PHW_FLAGS_MASK) >> \
809         PMC_PHW_FLAGS_SHIFT)
810 #define PMC_PHW_FLAG_IS_ENABLED         (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x01))
811 #define PMC_PHW_FLAG_IS_SHAREABLE       (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x02))
812
813 /*
814  * struct pmc_sample
815  *
816  * Space for N (tunable) PC samples and associated control data.
817  */
818
819 struct pmc_sample {
820         uint16_t                ps_nsamples;    /* callchain depth */
821         uint8_t                 ps_cpu;         /* cpu number */
822         uint8_t                 ps_flags;       /* other flags */
823         pid_t                   ps_pid;         /* process PID or -1 */
824         struct thread           *ps_td;         /* which thread */
825         struct pmc              *ps_pmc;        /* interrupting PMC */
826         uintptr_t               *ps_pc;         /* (const) callchain start */
827 };
828
829 #define PMC_SAMPLE_FREE         ((uint16_t) 0)
830 #define PMC_SAMPLE_INUSE        ((uint16_t) 0xFFFF)
831
832 struct pmc_samplebuffer {
833         struct pmc_sample * volatile ps_read;   /* read pointer */
834         struct pmc_sample * volatile ps_write;  /* write pointer */
835         uintptr_t               *ps_callchains; /* all saved call chains */
836         struct pmc_sample       *ps_fence;      /* one beyond ps_samples[] */
837         struct pmc_sample       ps_samples[];   /* array of sample entries */
838 };
839
840
841 /*
842  * struct pmc_cpustate
843  *
844  * A CPU is modelled as a collection of HW PMCs with space for additional
845  * flags.
846  */
847
848 struct pmc_cpu {
849         uint32_t        pc_state;       /* physical cpu number + flags */
850         struct pmc_samplebuffer *pc_sb; /* space for samples */
851         struct pmc_hw   *pc_hwpmcs[];   /* 'npmc' pointers */
852 };
853
854 #define PMC_PCPU_CPU_MASK               0x000000FF
855 #define PMC_PCPU_FLAGS_MASK             0xFFFFFF00
856 #define PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT            8
857 #define PMC_PCPU_STATE_TO_CPU(S)        ((S) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
858 #define PMC_PCPU_STATE_TO_FLAGS(S)      (((S) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK) >> PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT)
859 #define PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(F)      (((F) << PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK)
860 #define PMC_PCPU_CPU_TO_STATE(C)        ((C) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
861 #define PMC_PCPU_FLAG_HTT               (PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(0x1))
862
863 /*
864  * struct pmc_binding
865  *
866  * CPU binding information.
867  */
868
869 struct pmc_binding {
870         int     pb_bound;       /* is bound? */
871         int     pb_cpu;         /* if so, to which CPU */
872 };
873
874
875 struct pmc_mdep;
876
877 /*
878  * struct pmc_classdep
879  *
880  * PMC class-dependent operations.
881  */
882 struct pmc_classdep {
883         uint32_t        pcd_caps;       /* class capabilities */
884         enum pmc_class  pcd_class;      /* class id */
885         int             pcd_num;        /* number of PMCs */
886         int             pcd_ri;         /* row index of the first PMC in class */
887         int             pcd_width;      /* width of the PMC */
888
889         /* configuring/reading/writing the hardware PMCs */
890         int (*pcd_config_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
891         int (*pcd_get_config)(int _cpu, int _ri, struct pmc **_ppm);
892         int (*pcd_read_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t *_value);
893         int (*pcd_write_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t _value);
894
895         /* pmc allocation/release */
896         int (*pcd_allocate_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_t,
897                 const struct pmc_op_pmcallocate *_a);
898         int (*pcd_release_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
899
900         /* starting and stopping PMCs */
901         int (*pcd_start_pmc)(int _cpu, int _ri);
902         int (*pcd_stop_pmc)(int _cpu, int _ri);
903
904         /* description */
905         int (*pcd_describe)(int _cpu, int _ri, struct pmc_info *_pi,
906                 struct pmc **_ppmc);
907
908         /* class-dependent initialization & finalization */
909         int (*pcd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
910         int (*pcd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
911
912         /* machine-specific interface */
913         int (*pcd_get_msr)(int _ri, uint32_t *_msr);
914 };
915
916 /*
917  * struct pmc_mdep
918  *
919  * Machine dependent bits needed per CPU type.
920  */
921
922 struct pmc_mdep  {
923         uint32_t        pmd_cputype;    /* from enum pmc_cputype */
924         uint32_t        pmd_npmc;       /* number of PMCs per CPU */
925         uint32_t        pmd_nclass;     /* number of PMC classes present */
926
927         /*
928          * Machine dependent methods.
929          */
930
931         /* per-cpu initialization and finalization */
932         int (*pmd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
933         int (*pmd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
934
935         /* thread context switch in/out */
936         int (*pmd_switch_in)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
937         int (*pmd_switch_out)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
938
939         /* handle a PMC interrupt */
940         int (*pmd_intr)(int _cpu, struct trapframe *_tf);
941
942         /*
943          * PMC class dependent information.
944          */
945         struct pmc_classdep pmd_classdep[];
946 };
947
948 /*
949  * Per-CPU state.  This is an array of 'mp_ncpu' pointers
950  * to struct pmc_cpu descriptors.
951  */
952
953 extern struct pmc_cpu **pmc_pcpu;
954
955 /* driver statistics */
956 extern struct pmc_op_getdriverstats pmc_stats;
957
958 #if     defined(DEBUG) && DEBUG
959
960 /* debug flags, major flag groups */
961 struct pmc_debugflags {
962         int     pdb_CPU;
963         int     pdb_CSW;
964         int     pdb_LOG;
965         int     pdb_MDP;
966         int     pdb_MOD;
967         int     pdb_OWN;
968         int     pdb_PMC;
969         int     pdb_PRC;
970         int     pdb_SAM;
971 };
972
973 extern struct pmc_debugflags pmc_debugflags;
974
975 #define PMC_DEBUG_STRSIZE               128
976 #define PMC_DEBUG_DEFAULT_FLAGS         { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
977
978 #define PMCDBG(M,N,L,F,...) do {                                        \
979         if (pmc_debugflags.pdb_ ## M & (1 << PMC_DEBUG_MIN_ ## N))      \
980                 printf(#M ":" #N ":" #L  ": " F "\n", __VA_ARGS__);     \
981 } while (0)
982
983 /* Major numbers */
984 #define PMC_DEBUG_MAJ_CPU               0 /* cpu switches */
985 #define PMC_DEBUG_MAJ_CSW               1 /* context switches */
986 #define PMC_DEBUG_MAJ_LOG               2 /* logging */
987 #define PMC_DEBUG_MAJ_MDP               3 /* machine dependent */
988 #define PMC_DEBUG_MAJ_MOD               4 /* misc module infrastructure */
989 #define PMC_DEBUG_MAJ_OWN               5 /* owner */
990 #define PMC_DEBUG_MAJ_PMC               6 /* pmc management */
991 #define PMC_DEBUG_MAJ_PRC               7 /* processes */
992 #define PMC_DEBUG_MAJ_SAM               8 /* sampling */
993
994 /* Minor numbers */
995
996 /* Common (8 bits) */
997 #define PMC_DEBUG_MIN_ALL               0 /* allocation */
998 #define PMC_DEBUG_MIN_REL               1 /* release */
999 #define PMC_DEBUG_MIN_OPS               2 /* ops: start, stop, ... */
1000 #define PMC_DEBUG_MIN_INI               3 /* init */
1001 #define PMC_DEBUG_MIN_FND               4 /* find */
1002
1003 /* MODULE */
1004 #define PMC_DEBUG_MIN_PMH              14 /* pmc_hook */
1005 #define PMC_DEBUG_MIN_PMS              15 /* pmc_syscall */
1006
1007 /* OWN */
1008 #define PMC_DEBUG_MIN_ORM               8 /* owner remove */
1009 #define PMC_DEBUG_MIN_OMR               9 /* owner maybe remove */
1010
1011 /* PROCESSES */
1012 #define PMC_DEBUG_MIN_TLK               8 /* link target */
1013 #define PMC_DEBUG_MIN_TUL               9 /* unlink target */
1014 #define PMC_DEBUG_MIN_EXT              10 /* process exit */
1015 #define PMC_DEBUG_MIN_EXC              11 /* process exec */
1016 #define PMC_DEBUG_MIN_FRK              12 /* process fork */
1017 #define PMC_DEBUG_MIN_ATT              13 /* attach/detach */
1018 #define PMC_DEBUG_MIN_SIG              14 /* signalling */
1019
1020 /* CONTEXT SWITCHES */
1021 #define PMC_DEBUG_MIN_SWI               8 /* switch in */
1022 #define PMC_DEBUG_MIN_SWO               9 /* switch out */
1023
1024 /* PMC */
1025 #define PMC_DEBUG_MIN_REG               8 /* pmc register */
1026 #define PMC_DEBUG_MIN_ALR               9 /* allocate row */
1027
1028 /* MACHINE DEPENDENT LAYER */
1029 #define PMC_DEBUG_MIN_REA               8 /* read */
1030 #define PMC_DEBUG_MIN_WRI               9 /* write */
1031 #define PMC_DEBUG_MIN_CFG              10 /* config */
1032 #define PMC_DEBUG_MIN_STA              11 /* start */
1033 #define PMC_DEBUG_MIN_STO              12 /* stop */
1034 #define PMC_DEBUG_MIN_INT              13 /* interrupts */
1035
1036 /* CPU */
1037 #define PMC_DEBUG_MIN_BND               8 /* bind */
1038 #define PMC_DEBUG_MIN_SEL               9 /* select */
1039
1040 /* LOG */
1041 #define PMC_DEBUG_MIN_GTB               8 /* get buf */
1042 #define PMC_DEBUG_MIN_SIO               9 /* schedule i/o */
1043 #define PMC_DEBUG_MIN_FLS              10 /* flush */
1044 #define PMC_DEBUG_MIN_SAM              11 /* sample */
1045 #define PMC_DEBUG_MIN_CLO              12 /* close */
1046
1047 #else
1048 #define PMCDBG(M,N,L,F,...)             /* nothing */
1049 #endif
1050
1051 /* declare a dedicated memory pool */
1052 MALLOC_DECLARE(M_PMC);
1053
1054 /*
1055  * Functions
1056  */
1057
1058 struct pmc_mdep *pmc_md_initialize(void);       /* MD init function */
1059 void    pmc_md_finalize(struct pmc_mdep *_md);  /* MD fini function */
1060 int     pmc_getrowdisp(int _ri);
1061 int     pmc_process_interrupt(int _cpu, struct pmc *_pm,
1062     struct trapframe *_tf, int _inuserspace);
1063 int     pmc_save_kernel_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1064     struct trapframe *_tf);
1065 int     pmc_save_user_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1066     struct trapframe *_tf);
1067 #endif /* _KERNEL */
1068 #endif /* _SYS_PMC_H_ */