]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/sys/pmc.h
MFC r226514,r226526,r226986:
[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
92 enum pmc_cputype {
93 #undef  __PMC_CPU
94 #define __PMC_CPU(S,V,D)        PMC_CPU_##S = V,
95         __PMC_CPUS()
96 };
97
98 #define PMC_CPU_FIRST   PMC_CPU_AMD_K7
99 #define PMC_CPU_LAST    PMC_CPU_MIPS_24K
100
101 /*
102  * Classes of PMCs
103  */
104
105 #define __PMC_CLASSES()                                                 \
106         __PMC_CLASS(TSC)        /* CPU Timestamp counter */             \
107         __PMC_CLASS(K7)         /* AMD K7 performance counters */       \
108         __PMC_CLASS(K8)         /* AMD K8 performance counters */       \
109         __PMC_CLASS(P5)         /* Intel Pentium counters */            \
110         __PMC_CLASS(P6)         /* Intel Pentium Pro counters */        \
111         __PMC_CLASS(P4)         /* Intel Pentium-IV counters */         \
112         __PMC_CLASS(IAF)        /* Intel Core2/Atom, fixed function */  \
113         __PMC_CLASS(IAP)        /* Intel Core...Atom, programmable */   \
114         __PMC_CLASS(UCF)        /* Intel Uncore fixed function */       \
115         __PMC_CLASS(UCP)        /* Intel Uncore programmable */         \
116         __PMC_CLASS(XSCALE)     /* Intel XScale counters */             \
117         __PMC_CLASS(MIPS24K)    /* MIPS 24K */
118
119 enum pmc_class {
120 #undef  __PMC_CLASS
121 #define __PMC_CLASS(N)  PMC_CLASS_##N ,
122         __PMC_CLASSES()
123 };
124
125 #define PMC_CLASS_FIRST PMC_CLASS_TSC
126 #define PMC_CLASS_LAST  PMC_CLASS_MIPS24K
127
128 /*
129  * A PMC can be in the following states:
130  *
131  * Hardware states:
132  *   DISABLED   -- administratively prohibited from being used.
133  *   FREE       -- HW available for use
134  * Software states:
135  *   ALLOCATED  -- allocated
136  *   STOPPED    -- allocated, but not counting events
137  *   RUNNING    -- allocated, and in operation; 'pm_runcount'
138  *                 holds the number of CPUs using this PMC at
139  *                 a given instant
140  *   DELETED    -- being destroyed
141  */
142
143 #define __PMC_HWSTATES()                        \
144         __PMC_STATE(DISABLED)                   \
145         __PMC_STATE(FREE)
146
147 #define __PMC_SWSTATES()                        \
148         __PMC_STATE(ALLOCATED)                  \
149         __PMC_STATE(STOPPED)                    \
150         __PMC_STATE(RUNNING)                    \
151         __PMC_STATE(DELETED)
152
153 #define __PMC_STATES()                          \
154         __PMC_HWSTATES()                        \
155         __PMC_SWSTATES()
156
157 enum pmc_state {
158 #undef  __PMC_STATE
159 #define __PMC_STATE(S)  PMC_STATE_##S,
160         __PMC_STATES()
161         __PMC_STATE(MAX)
162 };
163
164 #define PMC_STATE_FIRST PMC_STATE_DISABLED
165 #define PMC_STATE_LAST  PMC_STATE_DELETED
166
167 /*
168  * An allocated PMC may used as a 'global' counter or as a
169  * 'thread-private' one.  Each such mode of use can be in either
170  * statistical sampling mode or in counting mode.  Thus a PMC in use
171  *
172  * SS i.e., SYSTEM STATISTICAL  -- system-wide statistical profiling
173  * SC i.e., SYSTEM COUNTER      -- system-wide counting mode
174  * TS i.e., THREAD STATISTICAL  -- thread virtual, statistical profiling
175  * TC i.e., THREAD COUNTER      -- thread virtual, counting mode
176  *
177  * Statistical profiling modes rely on the PMC periodically delivering
178  * a interrupt to the CPU (when the configured number of events have
179  * been measured), so the PMC must have the ability to generate
180  * interrupts.
181  *
182  * In counting modes, the PMC counts its configured events, with the
183  * value of the PMC being read whenever needed by its owner process.
184  *
185  * The thread specific modes "virtualize" the PMCs -- the PMCs appear
186  * to be thread private and count events only when the profiled thread
187  * actually executes on the CPU.
188  *
189  * The system-wide "global" modes keep the PMCs running all the time
190  * and are used to measure the behaviour of the whole system.
191  */
192
193 #define __PMC_MODES()                           \
194         __PMC_MODE(SS,  0)                      \
195         __PMC_MODE(SC,  1)                      \
196         __PMC_MODE(TS,  2)                      \
197         __PMC_MODE(TC,  3)
198
199 enum pmc_mode {
200 #undef  __PMC_MODE
201 #define __PMC_MODE(M,N) PMC_MODE_##M = N,
202         __PMC_MODES()
203 };
204
205 #define PMC_MODE_FIRST  PMC_MODE_SS
206 #define PMC_MODE_LAST   PMC_MODE_TC
207
208 #define PMC_IS_COUNTING_MODE(mode)                              \
209         ((mode) == PMC_MODE_SC || (mode) == PMC_MODE_TC)
210 #define PMC_IS_SYSTEM_MODE(mode)                                \
211         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_SC)
212 #define PMC_IS_SAMPLING_MODE(mode)                              \
213         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_TS)
214 #define PMC_IS_VIRTUAL_MODE(mode)                               \
215         ((mode) == PMC_MODE_TS || (mode) == PMC_MODE_TC)
216
217 /*
218  * PMC row disposition
219  */
220
221 #define __PMC_DISPOSITIONS(N)                                   \
222         __PMC_DISP(STANDALONE)  /* global/disabled counters */  \
223         __PMC_DISP(FREE)        /* free/available */            \
224         __PMC_DISP(THREAD)      /* thread-virtual PMCs */       \
225         __PMC_DISP(UNKNOWN)     /* sentinel */
226
227 enum pmc_disp {
228 #undef  __PMC_DISP
229 #define __PMC_DISP(D)   PMC_DISP_##D ,
230         __PMC_DISPOSITIONS()
231 };
232
233 #define PMC_DISP_FIRST  PMC_DISP_STANDALONE
234 #define PMC_DISP_LAST   PMC_DISP_THREAD
235
236 /*
237  * Counter capabilities
238  *
239  * __PMC_CAPS(NAME, VALUE, DESCRIPTION)
240  */
241
242 #define __PMC_CAPS()                                                    \
243         __PMC_CAP(INTERRUPT,    0, "generate interrupts")               \
244         __PMC_CAP(USER,         1, "count user-mode events")            \
245         __PMC_CAP(SYSTEM,       2, "count system-mode events")          \
246         __PMC_CAP(EDGE,         3, "do edge detection of events")       \
247         __PMC_CAP(THRESHOLD,    4, "ignore events below a threshold")   \
248         __PMC_CAP(READ,         5, "read PMC counter")                  \
249         __PMC_CAP(WRITE,        6, "reprogram PMC counter")             \
250         __PMC_CAP(INVERT,       7, "invert comparision sense")          \
251         __PMC_CAP(QUALIFIER,    8, "further qualify monitored events")  \
252         __PMC_CAP(PRECISE,      9, "perform precise sampling")          \
253         __PMC_CAP(TAGGING,      10, "tag upstream events")              \
254         __PMC_CAP(CASCADE,      11, "cascade counters")
255
256 enum pmc_caps
257 {
258 #undef  __PMC_CAP
259 #define __PMC_CAP(NAME, VALUE, DESCR)   PMC_CAP_##NAME = (1 << VALUE) ,
260         __PMC_CAPS()
261 };
262
263 #define PMC_CAP_FIRST           PMC_CAP_INTERRUPT
264 #define PMC_CAP_LAST            PMC_CAP_CASCADE
265
266 /*
267  * PMC Event Numbers
268  *
269  * These are generated from the definitions in "dev/hwpmc/pmc_events.h".
270  */
271
272 enum pmc_event {
273 #undef  __PMC_EV
274 #undef  __PMC_EV_BLOCK
275 #define __PMC_EV_BLOCK(C,V)     PMC_EV_ ## C ## __BLOCK_START = (V) - 1 ,
276 #define __PMC_EV(C,N)           PMC_EV_ ## C ## _ ## N ,
277         __PMC_EVENTS()
278 };
279
280 /*
281  * PMC SYSCALL INTERFACE
282  */
283
284 /*
285  * "PMC_OPS" -- these are the commands recognized by the kernel
286  * module, and are used when performing a system call from userland.
287  */
288 #define __PMC_OPS()                                                     \
289         __PMC_OP(CONFIGURELOG, "Set log file")                          \
290         __PMC_OP(FLUSHLOG, "Flush log file")                            \
291         __PMC_OP(GETCPUINFO, "Get system CPU information")              \
292         __PMC_OP(GETDRIVERSTATS, "Get driver statistics")               \
293         __PMC_OP(GETMODULEVERSION, "Get module version")                \
294         __PMC_OP(GETPMCINFO, "Get per-cpu PMC information")             \
295         __PMC_OP(PMCADMIN, "Set PMC state")                             \
296         __PMC_OP(PMCALLOCATE, "Allocate and configure a PMC")           \
297         __PMC_OP(PMCATTACH, "Attach a PMC to a process")                \
298         __PMC_OP(PMCDETACH, "Detach a PMC from a process")              \
299         __PMC_OP(PMCGETMSR, "Get a PMC's hardware address")             \
300         __PMC_OP(PMCRELEASE, "Release a PMC")                           \
301         __PMC_OP(PMCRW, "Read/Set a PMC")                               \
302         __PMC_OP(PMCSETCOUNT, "Set initial count/sampling rate")        \
303         __PMC_OP(PMCSTART, "Start a PMC")                               \
304         __PMC_OP(PMCSTOP, "Stop a PMC")                                 \
305         __PMC_OP(WRITELOG, "Write a cookie to the log file")            \
306         __PMC_OP(CLOSELOG, "Close log file")
307
308
309 enum pmc_ops {
310 #undef  __PMC_OP
311 #define __PMC_OP(N, D)  PMC_OP_##N,
312         __PMC_OPS()
313 };
314
315
316 /*
317  * Flags used in operations on PMCs.
318  */
319
320 #define PMC_F_FORCE             0x00000001 /*OP ADMIN force operation */
321 #define PMC_F_DESCENDANTS       0x00000002 /*OP ALLOCATE track descendants */
322 #define PMC_F_LOG_PROCCSW       0x00000004 /*OP ALLOCATE track ctx switches */
323 #define PMC_F_LOG_PROCEXIT      0x00000008 /*OP ALLOCATE log proc exits */
324 #define PMC_F_NEWVALUE          0x00000010 /*OP RW write new value */
325 #define PMC_F_OLDVALUE          0x00000020 /*OP RW get old value */
326 #define PMC_F_KGMON             0x00000040 /*OP ALLOCATE kgmon(8) profiling */
327 /* V2 API */
328 #define PMC_F_CALLCHAIN         0x00000080 /*OP ALLOCATE capture callchains */
329
330 /* internal flags */
331 #define PMC_F_ATTACHED_TO_OWNER 0x00010000 /*attached to owner*/
332 #define PMC_F_NEEDS_LOGFILE     0x00020000 /*needs log file */
333 #define PMC_F_ATTACH_DONE       0x00040000 /*attached at least once */
334
335 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH_MAX 32
336 #define PMC_CC_F_USERSPACE      0x01       /*userspace callchain*/
337
338 /*
339  * Cookies used to denote allocated PMCs, and the values of PMCs.
340  */
341
342 typedef uint32_t        pmc_id_t;
343 typedef uint64_t        pmc_value_t;
344
345 #define PMC_ID_INVALID          (~ (pmc_id_t) 0)
346
347 /*
348  * PMC IDs have the following format:
349  *
350  * +--------+----------+-----------+-----------+
351  * |   CPU  | PMC MODE | PMC CLASS | ROW INDEX |
352  * +--------+----------+-----------+-----------+
353  *
354  * where each field is 8 bits wide.  Field 'CPU' is set to the
355  * requested CPU for system-wide PMCs or PMC_CPU_ANY for process-mode
356  * PMCs.  Field 'PMC MODE' is the allocated PMC mode.  Field 'PMC
357  * CLASS' is the class of the PMC.  Field 'ROW INDEX' is the row index
358  * for the PMC.
359  *
360  * The 'ROW INDEX' ranges over 0..NWPMCS where NHWPMCS is the total
361  * number of hardware PMCs on this cpu.
362  */
363
364
365 #define PMC_ID_TO_ROWINDEX(ID)  ((ID) & 0xFF)
366 #define PMC_ID_TO_CLASS(ID)     (((ID) & 0xFF00) >> 8)
367 #define PMC_ID_TO_MODE(ID)      (((ID) & 0xFF0000) >> 16)
368 #define PMC_ID_TO_CPU(ID)       (((ID) & 0xFF000000) >> 24)
369 #define PMC_ID_MAKE_ID(CPU,MODE,CLASS,ROWINDEX)                 \
370         ((((CPU) & 0xFF) << 24) | (((MODE) & 0xFF) << 16) |     \
371         (((CLASS) & 0xFF) << 8) | ((ROWINDEX) & 0xFF))
372
373 /*
374  * Data structures for system calls supported by the pmc driver.
375  */
376
377 /*
378  * OP PMCALLOCATE
379  *
380  * Allocate a PMC on the named CPU.
381  */
382
383 #define PMC_CPU_ANY     ~0
384
385 struct pmc_op_pmcallocate {
386         uint32_t        pm_caps;        /* PMC_CAP_* */
387         uint32_t        pm_cpu;         /* CPU number or PMC_CPU_ANY */
388         enum pmc_class  pm_class;       /* class of PMC desired */
389         enum pmc_event  pm_ev;          /* [enum pmc_event] desired */
390         uint32_t        pm_flags;       /* additional modifiers PMC_F_* */
391         enum pmc_mode   pm_mode;        /* desired mode */
392         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* [return] process pmc id */
393
394         union pmc_md_op_pmcallocate pm_md; /* MD layer extensions */
395 };
396
397 /*
398  * OP PMCADMIN
399  *
400  * Set the administrative state (i.e., whether enabled or disabled) of
401  * a PMC 'pm_pmc' on CPU 'pm_cpu'.  Note that 'pm_pmc' specifies an
402  * absolute PMC number and need not have been first allocated by the
403  * calling process.
404  */
405
406 struct pmc_op_pmcadmin {
407         int             pm_cpu;         /* CPU# */
408         uint32_t        pm_flags;       /* flags */
409         int             pm_pmc;         /* PMC# */
410         enum pmc_state  pm_state;       /* desired state */
411 };
412
413 /*
414  * OP PMCATTACH / OP PMCDETACH
415  *
416  * Attach/detach a PMC and a process.
417  */
418
419 struct pmc_op_pmcattach {
420         pmc_id_t        pm_pmc;         /* PMC to attach to */
421         pid_t           pm_pid;         /* target process */
422 };
423
424 /*
425  * OP PMCSETCOUNT
426  *
427  * Set the sampling rate (i.e., the reload count) for statistical counters.
428  * 'pm_pmcid' need to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
429  */
430
431 struct pmc_op_pmcsetcount {
432         pmc_value_t     pm_count;       /* initial/sample count */
433         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* PMC id to set */
434 };
435
436
437 /*
438  * OP PMCRW
439  *
440  * Read the value of a PMC named by 'pm_pmcid'.  'pm_pmcid' needs
441  * to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
442  */
443
444
445 struct pmc_op_pmcrw {
446         uint32_t        pm_flags;       /* PMC_F_{OLD,NEW}VALUE*/
447         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* pmc id */
448         pmc_value_t     pm_value;       /* new&returned value */
449 };
450
451
452 /*
453  * OP GETPMCINFO
454  *
455  * retrieve PMC state for a named CPU.  The caller is expected to
456  * allocate 'npmc' * 'struct pmc_info' bytes of space for the return
457  * values.
458  */
459
460 struct pmc_info {
461         char            pm_name[PMC_NAME_MAX]; /* pmc name */
462         enum pmc_class  pm_class;       /* enum pmc_class */
463         int             pm_enabled;     /* whether enabled */
464         enum pmc_disp   pm_rowdisp;     /* FREE, THREAD or STANDLONE */
465         pid_t           pm_ownerpid;    /* owner, or -1 */
466         enum pmc_mode   pm_mode;        /* current mode [enum pmc_mode] */
467         enum pmc_event  pm_event;       /* current event */
468         uint32_t        pm_flags;       /* current flags */
469         pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling counters only */
470 };
471
472 struct pmc_op_getpmcinfo {
473         int32_t         pm_cpu;         /* 0 <= cpu < mp_maxid */
474         struct pmc_info pm_pmcs[];      /* space for 'npmc' structures */
475 };
476
477
478 /*
479  * OP GETCPUINFO
480  *
481  * Retrieve system CPU information.
482  */
483
484 struct pmc_classinfo {
485         enum pmc_class  pm_class;       /* class id */
486         uint32_t        pm_caps;        /* counter capabilities */
487         uint32_t        pm_width;       /* width of the PMC */
488         uint32_t        pm_num;         /* number of PMCs in class */
489 };
490
491 struct pmc_op_getcpuinfo {
492         enum pmc_cputype pm_cputype; /* what kind of CPU */
493         uint32_t        pm_ncpu;    /* max CPU number */
494         uint32_t        pm_npmc;    /* #PMCs per CPU */
495         uint32_t        pm_nclass;  /* #classes of PMCs */
496         struct pmc_classinfo  pm_classes[PMC_CLASS_MAX];
497 };
498
499 /*
500  * OP CONFIGURELOG
501  *
502  * Configure a log file for writing system-wide statistics to.
503  */
504
505 struct pmc_op_configurelog {
506         int             pm_flags;
507         int             pm_logfd;   /* logfile fd (or -1) */
508 };
509
510 /*
511  * OP GETDRIVERSTATS
512  *
513  * Retrieve pmc(4) driver-wide statistics.
514  */
515
516 struct pmc_op_getdriverstats {
517         int     pm_intr_ignored;        /* #interrupts ignored */
518         int     pm_intr_processed;      /* #interrupts processed */
519         int     pm_intr_bufferfull;     /* #interrupts with ENOSPC */
520         int     pm_syscalls;            /* #syscalls */
521         int     pm_syscall_errors;      /* #syscalls with errors */
522         int     pm_buffer_requests;     /* #buffer requests */
523         int     pm_buffer_requests_failed; /* #failed buffer requests */
524         int     pm_log_sweeps;          /* #sample buffer processing passes */
525 };
526
527 /*
528  * OP RELEASE / OP START / OP STOP
529  *
530  * Simple operations on a PMC id.
531  */
532
533 struct pmc_op_simple {
534         pmc_id_t        pm_pmcid;
535 };
536
537 /*
538  * OP WRITELOG
539  *
540  * Flush the current log buffer and write 4 bytes of user data to it.
541  */
542
543 struct pmc_op_writelog {
544         uint32_t        pm_userdata;
545 };
546
547 /*
548  * OP GETMSR
549  *
550  * Retrieve the machine specific address assoicated with the allocated
551  * PMC.  This number can be used subsequently with a read-performance-counter
552  * instruction.
553  */
554
555 struct pmc_op_getmsr {
556         uint32_t        pm_msr;         /* machine specific address */
557         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* allocated pmc id */
558 };
559
560 #ifdef _KERNEL
561
562 #include <sys/malloc.h>
563 #include <sys/sysctl.h>
564
565 #include <machine/frame.h>
566
567 #define PMC_HASH_SIZE                           16
568 #define PMC_MTXPOOL_SIZE                        32
569 #define PMC_LOG_BUFFER_SIZE                     4
570 #define PMC_NLOGBUFFERS                         16
571 #define PMC_NSAMPLES                            32
572 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH                     8
573
574 #define PMC_SYSCTL_NAME_PREFIX "kern." PMC_MODULE_NAME "."
575
576 /*
577  * Locking keys
578  *
579  * (b) - pmc_bufferlist_mtx (spin lock)
580  * (k) - pmc_kthread_mtx (sleep lock)
581  * (o) - po->po_mtx (spin lock)
582  */
583
584 /*
585  * PMC commands
586  */
587
588 struct pmc_syscall_args {
589         uint32_t        pmop_code;      /* one of PMC_OP_* */
590         void            *pmop_data;     /* syscall parameter */
591 };
592
593 /*
594  * Interface to processor specific s1tuff
595  */
596
597 /*
598  * struct pmc_descr
599  *
600  * Machine independent (i.e., the common parts) of a human readable
601  * PMC description.
602  */
603
604 struct pmc_descr {
605         char            pd_name[PMC_NAME_MAX]; /* name */
606         uint32_t        pd_caps;        /* capabilities */
607         enum pmc_class  pd_class;       /* class of the PMC */
608         uint32_t        pd_width;       /* width in bits */
609 };
610
611 /*
612  * struct pmc_target
613  *
614  * This structure records all the target processes associated with a
615  * PMC.
616  */
617
618 struct pmc_target {
619         LIST_ENTRY(pmc_target)  pt_next;
620         struct pmc_process      *pt_process; /* target descriptor */
621 };
622
623 /*
624  * struct pmc
625  *
626  * Describes each allocated PMC.
627  *
628  * Each PMC has precisely one owner, namely the process that allocated
629  * the PMC.
630  *
631  * A PMC may be attached to multiple target processes.  The
632  * 'pm_targets' field links all the target processes being monitored
633  * by this PMC.
634  *
635  * The 'pm_savedvalue' field is protected by a mutex.
636  *
637  * On a multi-cpu machine, multiple target threads associated with a
638  * process-virtual PMC could be concurrently executing on different
639  * CPUs.  The 'pm_runcount' field is atomically incremented every time
640  * the PMC gets scheduled on a CPU and atomically decremented when it
641  * get descheduled.  Deletion of a PMC is only permitted when this
642  * field is '0'.
643  *
644  */
645
646 struct pmc {
647         LIST_HEAD(,pmc_target)  pm_targets;     /* list of target processes */
648         LIST_ENTRY(pmc)         pm_next;        /* owner's list */
649
650         /*
651          * System-wide PMCs are allocated on a CPU and are not moved
652          * around.  For system-wide PMCs we record the CPU the PMC was
653          * allocated on in the 'CPU' field of the pmc ID.
654          *
655          * Virtual PMCs run on whichever CPU is currently executing
656          * their targets' threads.  For these PMCs we need to save
657          * their current PMC counter values when they are taken off
658          * CPU.
659          */
660
661         union {
662                 pmc_value_t     pm_savedvalue;  /* Virtual PMCS */
663         } pm_gv;
664
665         /*
666          * For sampling mode PMCs, we keep track of the PMC's "reload
667          * count", which is the counter value to be loaded in when
668          * arming the PMC for the next counting session.  For counting
669          * modes on PMCs that are read-only (e.g., the x86 TSC), we
670          * keep track of the initial value at the start of
671          * counting-mode operation.
672          */
673
674         union {
675                 pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling PMC modes */
676                 pmc_value_t     pm_initial;     /* counting PMC modes */
677         } pm_sc;
678
679         uint32_t        pm_stalled;     /* marks stalled sampling PMCs */
680         uint32_t        pm_caps;        /* PMC capabilities */
681         enum pmc_event  pm_event;       /* event being measured */
682         uint32_t        pm_flags;       /* additional flags PMC_F_... */
683         struct pmc_owner *pm_owner;     /* owner thread state */
684         int             pm_runcount;    /* #cpus currently on */
685         enum pmc_state  pm_state;       /* current PMC state */
686
687         /*
688          * The PMC ID field encodes the row-index for the PMC, its
689          * mode, class and the CPU# associated with the PMC.
690          */
691
692         pmc_id_t        pm_id;          /* allocated PMC id */
693
694         /* md extensions */
695         union pmc_md_pmc        pm_md;
696 };
697
698 /*
699  * Accessor macros for 'struct pmc'
700  */
701
702 #define PMC_TO_MODE(P)          PMC_ID_TO_MODE((P)->pm_id)
703 #define PMC_TO_CLASS(P)         PMC_ID_TO_CLASS((P)->pm_id)
704 #define PMC_TO_ROWINDEX(P)      PMC_ID_TO_ROWINDEX((P)->pm_id)
705 #define PMC_TO_CPU(P)           PMC_ID_TO_CPU((P)->pm_id)
706
707
708 /*
709  * struct pmc_process
710  *
711  * Record a 'target' process being profiled.
712  *
713  * The target process being profiled could be different from the owner
714  * process which allocated the PMCs.  Each target process descriptor
715  * is associated with NHWPMC 'struct pmc *' pointers.  Each PMC at a
716  * given hardware row-index 'n' will use slot 'n' of the 'pp_pmcs[]'
717  * array.  The size of this structure is thus PMC architecture
718  * dependent.
719  *
720  */
721
722 struct pmc_targetstate {
723         struct pmc      *pp_pmc;   /* target PMC */
724         pmc_value_t     pp_pmcval; /* per-process value */
725 };
726
727 struct pmc_process {
728         LIST_ENTRY(pmc_process) pp_next;        /* hash chain */
729         int             pp_refcnt;              /* reference count */
730         uint32_t        pp_flags;               /* flags PMC_PP_* */
731         struct proc     *pp_proc;               /* target thread */
732         struct pmc_targetstate pp_pmcs[];       /* NHWPMCs */
733 };
734
735 #define PMC_PP_ENABLE_MSR_ACCESS        0x00000001
736
737 /*
738  * struct pmc_owner
739  *
740  * We associate a PMC with an 'owner' process.
741  *
742  * A process can be associated with 0..NCPUS*NHWPMC PMCs during its
743  * lifetime, where NCPUS is the numbers of CPUS in the system and
744  * NHWPMC is the number of hardware PMCs per CPU.  These are
745  * maintained in the list headed by the 'po_pmcs' to save on space.
746  *
747  */
748
749 struct pmc_owner  {
750         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_next;        /* hash chain */
751         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_ssnext;      /* list of SS PMC owners */
752         LIST_HEAD(, pmc)        po_pmcs;        /* owned PMC list */
753         TAILQ_HEAD(, pmclog_buffer) po_logbuffers; /* (o) logbuffer list */
754         struct mtx              po_mtx;         /* spin lock for (o) */
755         struct proc             *po_owner;      /* owner proc */
756         uint32_t                po_flags;       /* (k) flags PMC_PO_* */
757         struct proc             *po_kthread;    /* (k) helper kthread */
758         struct pmclog_buffer    *po_curbuf;     /* current log buffer */
759         struct file             *po_file;       /* file reference */
760         int                     po_error;       /* recorded error */
761         short                   po_sscount;     /* # SS PMCs owned */
762         short                   po_logprocmaps; /* global mappings done */
763 };
764
765 #define PMC_PO_OWNS_LOGFILE             0x00000001 /* has a log file */
766 #define PMC_PO_SHUTDOWN                 0x00000010 /* in the process of shutdown */
767 #define PMC_PO_INITIAL_MAPPINGS_DONE    0x00000020
768
769 /*
770  * struct pmc_hw -- describe the state of the PMC hardware
771  *
772  * When in use, a HW PMC is associated with one allocated 'struct pmc'
773  * pointed to by field 'phw_pmc'.  When inactive, this field is NULL.
774  *
775  * On an SMP box, one or more HW PMC's in process virtual mode with
776  * the same 'phw_pmc' could be executing on different CPUs.  In order
777  * to handle this case correctly, we need to ensure that only
778  * incremental counts get added to the saved value in the associated
779  * 'struct pmc'.  The 'phw_save' field is used to keep the saved PMC
780  * value at the time the hardware is started during this context
781  * switch (i.e., the difference between the new (hardware) count and
782  * the saved count is atomically added to the count field in 'struct
783  * pmc' at context switch time).
784  *
785  */
786
787 struct pmc_hw {
788         uint32_t        phw_state;      /* see PHW_* macros below */
789         struct pmc      *phw_pmc;       /* current thread PMC */
790 };
791
792 #define PMC_PHW_RI_MASK         0x000000FF
793 #define PMC_PHW_CPU_SHIFT       8
794 #define PMC_PHW_CPU_MASK        0x0000FF00
795 #define PMC_PHW_FLAGS_SHIFT     16
796 #define PMC_PHW_FLAGS_MASK      0xFFFF0000
797
798 #define PMC_PHW_INDEX_TO_STATE(ri)      ((ri) & PMC_PHW_RI_MASK)
799 #define PMC_PHW_STATE_TO_INDEX(state)   ((state) & PMC_PHW_RI_MASK)
800 #define PMC_PHW_CPU_TO_STATE(cpu)       (((cpu) << PMC_PHW_CPU_SHIFT) & \
801         PMC_PHW_CPU_MASK)
802 #define PMC_PHW_STATE_TO_CPU(state)     (((state) & PMC_PHW_CPU_MASK) >> \
803         PMC_PHW_CPU_SHIFT)
804 #define PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(flags)   (((flags) << PMC_PHW_FLAGS_SHIFT) & \
805         PMC_PHW_FLAGS_MASK)
806 #define PMC_PHW_STATE_TO_FLAGS(state)   (((state) & PMC_PHW_FLAGS_MASK) >> \
807         PMC_PHW_FLAGS_SHIFT)
808 #define PMC_PHW_FLAG_IS_ENABLED         (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x01))
809 #define PMC_PHW_FLAG_IS_SHAREABLE       (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x02))
810
811 /*
812  * struct pmc_sample
813  *
814  * Space for N (tunable) PC samples and associated control data.
815  */
816
817 struct pmc_sample {
818         uint16_t                ps_nsamples;    /* callchain depth */
819         uint8_t                 ps_cpu;         /* cpu number */
820         uint8_t                 ps_flags;       /* other flags */
821         pid_t                   ps_pid;         /* process PID or -1 */
822         struct thread           *ps_td;         /* which thread */
823         struct pmc              *ps_pmc;        /* interrupting PMC */
824         uintptr_t               *ps_pc;         /* (const) callchain start */
825 };
826
827 #define PMC_SAMPLE_FREE         ((uint16_t) 0)
828 #define PMC_SAMPLE_INUSE        ((uint16_t) 0xFFFF)
829
830 struct pmc_samplebuffer {
831         struct pmc_sample * volatile ps_read;   /* read pointer */
832         struct pmc_sample * volatile ps_write;  /* write pointer */
833         uintptr_t               *ps_callchains; /* all saved call chains */
834         struct pmc_sample       *ps_fence;      /* one beyond ps_samples[] */
835         struct pmc_sample       ps_samples[];   /* array of sample entries */
836 };
837
838
839 /*
840  * struct pmc_cpustate
841  *
842  * A CPU is modelled as a collection of HW PMCs with space for additional
843  * flags.
844  */
845
846 struct pmc_cpu {
847         uint32_t        pc_state;       /* physical cpu number + flags */
848         struct pmc_samplebuffer *pc_sb; /* space for samples */
849         struct pmc_hw   *pc_hwpmcs[];   /* 'npmc' pointers */
850 };
851
852 #define PMC_PCPU_CPU_MASK               0x000000FF
853 #define PMC_PCPU_FLAGS_MASK             0xFFFFFF00
854 #define PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT            8
855 #define PMC_PCPU_STATE_TO_CPU(S)        ((S) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
856 #define PMC_PCPU_STATE_TO_FLAGS(S)      (((S) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK) >> PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT)
857 #define PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(F)      (((F) << PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK)
858 #define PMC_PCPU_CPU_TO_STATE(C)        ((C) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
859 #define PMC_PCPU_FLAG_HTT               (PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(0x1))
860
861 /*
862  * struct pmc_binding
863  *
864  * CPU binding information.
865  */
866
867 struct pmc_binding {
868         int     pb_bound;       /* is bound? */
869         int     pb_cpu;         /* if so, to which CPU */
870 };
871
872
873 struct pmc_mdep;
874
875 /*
876  * struct pmc_classdep
877  *
878  * PMC class-dependent operations.
879  */
880 struct pmc_classdep {
881         uint32_t        pcd_caps;       /* class capabilities */
882         enum pmc_class  pcd_class;      /* class id */
883         int             pcd_num;        /* number of PMCs */
884         int             pcd_ri;         /* row index of the first PMC in class */
885         int             pcd_width;      /* width of the PMC */
886
887         /* configuring/reading/writing the hardware PMCs */
888         int (*pcd_config_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
889         int (*pcd_get_config)(int _cpu, int _ri, struct pmc **_ppm);
890         int (*pcd_read_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t *_value);
891         int (*pcd_write_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t _value);
892
893         /* pmc allocation/release */
894         int (*pcd_allocate_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_t,
895                 const struct pmc_op_pmcallocate *_a);
896         int (*pcd_release_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
897
898         /* starting and stopping PMCs */
899         int (*pcd_start_pmc)(int _cpu, int _ri);
900         int (*pcd_stop_pmc)(int _cpu, int _ri);
901
902         /* description */
903         int (*pcd_describe)(int _cpu, int _ri, struct pmc_info *_pi,
904                 struct pmc **_ppmc);
905
906         /* class-dependent initialization & finalization */
907         int (*pcd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
908         int (*pcd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
909
910         /* machine-specific interface */
911         int (*pcd_get_msr)(int _ri, uint32_t *_msr);
912 };
913
914 /*
915  * struct pmc_mdep
916  *
917  * Machine dependent bits needed per CPU type.
918  */
919
920 struct pmc_mdep  {
921         uint32_t        pmd_cputype;    /* from enum pmc_cputype */
922         uint32_t        pmd_npmc;       /* number of PMCs per CPU */
923         uint32_t        pmd_nclass;     /* number of PMC classes present */
924
925         /*
926          * Machine dependent methods.
927          */
928
929         /* per-cpu initialization and finalization */
930         int (*pmd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
931         int (*pmd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
932
933         /* thread context switch in/out */
934         int (*pmd_switch_in)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
935         int (*pmd_switch_out)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
936
937         /* handle a PMC interrupt */
938         int (*pmd_intr)(int _cpu, struct trapframe *_tf);
939
940         /*
941          * PMC class dependent information.
942          */
943         struct pmc_classdep pmd_classdep[];
944 };
945
946 /*
947  * Per-CPU state.  This is an array of 'mp_ncpu' pointers
948  * to struct pmc_cpu descriptors.
949  */
950
951 extern struct pmc_cpu **pmc_pcpu;
952
953 /* driver statistics */
954 extern struct pmc_op_getdriverstats pmc_stats;
955
956 #if     defined(DEBUG) && DEBUG
957
958 /* debug flags, major flag groups */
959 struct pmc_debugflags {
960         int     pdb_CPU;
961         int     pdb_CSW;
962         int     pdb_LOG;
963         int     pdb_MDP;
964         int     pdb_MOD;
965         int     pdb_OWN;
966         int     pdb_PMC;
967         int     pdb_PRC;
968         int     pdb_SAM;
969 };
970
971 extern struct pmc_debugflags pmc_debugflags;
972
973 #define PMC_DEBUG_STRSIZE               128
974 #define PMC_DEBUG_DEFAULT_FLAGS         { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
975
976 #define PMCDBG(M,N,L,F,...) do {                                        \
977         if (pmc_debugflags.pdb_ ## M & (1 << PMC_DEBUG_MIN_ ## N))      \
978                 printf(#M ":" #N ":" #L  ": " F "\n", __VA_ARGS__);     \
979 } while (0)
980
981 /* Major numbers */
982 #define PMC_DEBUG_MAJ_CPU               0 /* cpu switches */
983 #define PMC_DEBUG_MAJ_CSW               1 /* context switches */
984 #define PMC_DEBUG_MAJ_LOG               2 /* logging */
985 #define PMC_DEBUG_MAJ_MDP               3 /* machine dependent */
986 #define PMC_DEBUG_MAJ_MOD               4 /* misc module infrastructure */
987 #define PMC_DEBUG_MAJ_OWN               5 /* owner */
988 #define PMC_DEBUG_MAJ_PMC               6 /* pmc management */
989 #define PMC_DEBUG_MAJ_PRC               7 /* processes */
990 #define PMC_DEBUG_MAJ_SAM               8 /* sampling */
991
992 /* Minor numbers */
993
994 /* Common (8 bits) */
995 #define PMC_DEBUG_MIN_ALL               0 /* allocation */
996 #define PMC_DEBUG_MIN_REL               1 /* release */
997 #define PMC_DEBUG_MIN_OPS               2 /* ops: start, stop, ... */
998 #define PMC_DEBUG_MIN_INI               3 /* init */
999 #define PMC_DEBUG_MIN_FND               4 /* find */
1000
1001 /* MODULE */
1002 #define PMC_DEBUG_MIN_PMH              14 /* pmc_hook */
1003 #define PMC_DEBUG_MIN_PMS              15 /* pmc_syscall */
1004
1005 /* OWN */
1006 #define PMC_DEBUG_MIN_ORM               8 /* owner remove */
1007 #define PMC_DEBUG_MIN_OMR               9 /* owner maybe remove */
1008
1009 /* PROCESSES */
1010 #define PMC_DEBUG_MIN_TLK               8 /* link target */
1011 #define PMC_DEBUG_MIN_TUL               9 /* unlink target */
1012 #define PMC_DEBUG_MIN_EXT              10 /* process exit */
1013 #define PMC_DEBUG_MIN_EXC              11 /* process exec */
1014 #define PMC_DEBUG_MIN_FRK              12 /* process fork */
1015 #define PMC_DEBUG_MIN_ATT              13 /* attach/detach */
1016 #define PMC_DEBUG_MIN_SIG              14 /* signalling */
1017
1018 /* CONTEXT SWITCHES */
1019 #define PMC_DEBUG_MIN_SWI               8 /* switch in */
1020 #define PMC_DEBUG_MIN_SWO               9 /* switch out */
1021
1022 /* PMC */
1023 #define PMC_DEBUG_MIN_REG               8 /* pmc register */
1024 #define PMC_DEBUG_MIN_ALR               9 /* allocate row */
1025
1026 /* MACHINE DEPENDENT LAYER */
1027 #define PMC_DEBUG_MIN_REA               8 /* read */
1028 #define PMC_DEBUG_MIN_WRI               9 /* write */
1029 #define PMC_DEBUG_MIN_CFG              10 /* config */
1030 #define PMC_DEBUG_MIN_STA              11 /* start */
1031 #define PMC_DEBUG_MIN_STO              12 /* stop */
1032 #define PMC_DEBUG_MIN_INT              13 /* interrupts */
1033
1034 /* CPU */
1035 #define PMC_DEBUG_MIN_BND               8 /* bind */
1036 #define PMC_DEBUG_MIN_SEL               9 /* select */
1037
1038 /* LOG */
1039 #define PMC_DEBUG_MIN_GTB               8 /* get buf */
1040 #define PMC_DEBUG_MIN_SIO               9 /* schedule i/o */
1041 #define PMC_DEBUG_MIN_FLS              10 /* flush */
1042 #define PMC_DEBUG_MIN_SAM              11 /* sample */
1043 #define PMC_DEBUG_MIN_CLO              12 /* close */
1044
1045 #else
1046 #define PMCDBG(M,N,L,F,...)             /* nothing */
1047 #endif
1048
1049 /* declare a dedicated memory pool */
1050 MALLOC_DECLARE(M_PMC);
1051
1052 /*
1053  * Functions
1054  */
1055
1056 struct pmc_mdep *pmc_md_initialize(void);       /* MD init function */
1057 void    pmc_md_finalize(struct pmc_mdep *_md);  /* MD fini function */
1058 int     pmc_getrowdisp(int _ri);
1059 int     pmc_process_interrupt(int _cpu, struct pmc *_pm,
1060     struct trapframe *_tf, int _inuserspace);
1061 int     pmc_save_kernel_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1062     struct trapframe *_tf);
1063 int     pmc_save_user_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1064     struct trapframe *_tf);
1065 #endif /* _KERNEL */
1066 #endif /* _SYS_PMC_H_ */