]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/sys/pmc.h
MFC: r232366
[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_SANDYBRIDGE, 0x8D,   "Intel Sandy Bridge") \
90         __PMC_CPU(INTEL_XSCALE, 0x100,  "Intel XScale") \
91         __PMC_CPU(MIPS_24K,     0x200,  "MIPS 24K")  \
92         __PMC_CPU(PPC_7450,     0x300,  "PowerPC MPC7450")
93
94 enum pmc_cputype {
95 #undef  __PMC_CPU
96 #define __PMC_CPU(S,V,D)        PMC_CPU_##S = V,
97         __PMC_CPUS()
98 };
99
100 #define PMC_CPU_FIRST   PMC_CPU_AMD_K7
101 #define PMC_CPU_LAST    PMC_CPU_PPC_7450
102
103 /*
104  * Classes of PMCs
105  */
106
107 #define __PMC_CLASSES()                                                 \
108         __PMC_CLASS(TSC)        /* CPU Timestamp counter */             \
109         __PMC_CLASS(K7)         /* AMD K7 performance counters */       \
110         __PMC_CLASS(K8)         /* AMD K8 performance counters */       \
111         __PMC_CLASS(P5)         /* Intel Pentium counters */            \
112         __PMC_CLASS(P6)         /* Intel Pentium Pro counters */        \
113         __PMC_CLASS(P4)         /* Intel Pentium-IV counters */         \
114         __PMC_CLASS(IAF)        /* Intel Core2/Atom, fixed function */  \
115         __PMC_CLASS(IAP)        /* Intel Core...Atom, programmable */   \
116         __PMC_CLASS(UCF)        /* Intel Uncore fixed function */       \
117         __PMC_CLASS(UCP)        /* Intel Uncore programmable */         \
118         __PMC_CLASS(XSCALE)     /* Intel XScale counters */             \
119         __PMC_CLASS(MIPS24K)    /* MIPS 24K */ \
120         __PMC_CLASS(PPC7450)    /* Motorola MPC7450 class */
121
122 enum pmc_class {
123 #undef  __PMC_CLASS
124 #define __PMC_CLASS(N)  PMC_CLASS_##N ,
125         __PMC_CLASSES()
126 };
127
128 #define PMC_CLASS_FIRST PMC_CLASS_TSC
129 #define PMC_CLASS_LAST  PMC_CLASS_PPC7450
130
131 /*
132  * A PMC can be in the following states:
133  *
134  * Hardware states:
135  *   DISABLED   -- administratively prohibited from being used.
136  *   FREE       -- HW available for use
137  * Software states:
138  *   ALLOCATED  -- allocated
139  *   STOPPED    -- allocated, but not counting events
140  *   RUNNING    -- allocated, and in operation; 'pm_runcount'
141  *                 holds the number of CPUs using this PMC at
142  *                 a given instant
143  *   DELETED    -- being destroyed
144  */
145
146 #define __PMC_HWSTATES()                        \
147         __PMC_STATE(DISABLED)                   \
148         __PMC_STATE(FREE)
149
150 #define __PMC_SWSTATES()                        \
151         __PMC_STATE(ALLOCATED)                  \
152         __PMC_STATE(STOPPED)                    \
153         __PMC_STATE(RUNNING)                    \
154         __PMC_STATE(DELETED)
155
156 #define __PMC_STATES()                          \
157         __PMC_HWSTATES()                        \
158         __PMC_SWSTATES()
159
160 enum pmc_state {
161 #undef  __PMC_STATE
162 #define __PMC_STATE(S)  PMC_STATE_##S,
163         __PMC_STATES()
164         __PMC_STATE(MAX)
165 };
166
167 #define PMC_STATE_FIRST PMC_STATE_DISABLED
168 #define PMC_STATE_LAST  PMC_STATE_DELETED
169
170 /*
171  * An allocated PMC may used as a 'global' counter or as a
172  * 'thread-private' one.  Each such mode of use can be in either
173  * statistical sampling mode or in counting mode.  Thus a PMC in use
174  *
175  * SS i.e., SYSTEM STATISTICAL  -- system-wide statistical profiling
176  * SC i.e., SYSTEM COUNTER      -- system-wide counting mode
177  * TS i.e., THREAD STATISTICAL  -- thread virtual, statistical profiling
178  * TC i.e., THREAD COUNTER      -- thread virtual, counting mode
179  *
180  * Statistical profiling modes rely on the PMC periodically delivering
181  * a interrupt to the CPU (when the configured number of events have
182  * been measured), so the PMC must have the ability to generate
183  * interrupts.
184  *
185  * In counting modes, the PMC counts its configured events, with the
186  * value of the PMC being read whenever needed by its owner process.
187  *
188  * The thread specific modes "virtualize" the PMCs -- the PMCs appear
189  * to be thread private and count events only when the profiled thread
190  * actually executes on the CPU.
191  *
192  * The system-wide "global" modes keep the PMCs running all the time
193  * and are used to measure the behaviour of the whole system.
194  */
195
196 #define __PMC_MODES()                           \
197         __PMC_MODE(SS,  0)                      \
198         __PMC_MODE(SC,  1)                      \
199         __PMC_MODE(TS,  2)                      \
200         __PMC_MODE(TC,  3)
201
202 enum pmc_mode {
203 #undef  __PMC_MODE
204 #define __PMC_MODE(M,N) PMC_MODE_##M = N,
205         __PMC_MODES()
206 };
207
208 #define PMC_MODE_FIRST  PMC_MODE_SS
209 #define PMC_MODE_LAST   PMC_MODE_TC
210
211 #define PMC_IS_COUNTING_MODE(mode)                              \
212         ((mode) == PMC_MODE_SC || (mode) == PMC_MODE_TC)
213 #define PMC_IS_SYSTEM_MODE(mode)                                \
214         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_SC)
215 #define PMC_IS_SAMPLING_MODE(mode)                              \
216         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_TS)
217 #define PMC_IS_VIRTUAL_MODE(mode)                               \
218         ((mode) == PMC_MODE_TS || (mode) == PMC_MODE_TC)
219
220 /*
221  * PMC row disposition
222  */
223
224 #define __PMC_DISPOSITIONS(N)                                   \
225         __PMC_DISP(STANDALONE)  /* global/disabled counters */  \
226         __PMC_DISP(FREE)        /* free/available */            \
227         __PMC_DISP(THREAD)      /* thread-virtual PMCs */       \
228         __PMC_DISP(UNKNOWN)     /* sentinel */
229
230 enum pmc_disp {
231 #undef  __PMC_DISP
232 #define __PMC_DISP(D)   PMC_DISP_##D ,
233         __PMC_DISPOSITIONS()
234 };
235
236 #define PMC_DISP_FIRST  PMC_DISP_STANDALONE
237 #define PMC_DISP_LAST   PMC_DISP_THREAD
238
239 /*
240  * Counter capabilities
241  *
242  * __PMC_CAPS(NAME, VALUE, DESCRIPTION)
243  */
244
245 #define __PMC_CAPS()                                                    \
246         __PMC_CAP(INTERRUPT,    0, "generate interrupts")               \
247         __PMC_CAP(USER,         1, "count user-mode events")            \
248         __PMC_CAP(SYSTEM,       2, "count system-mode events")          \
249         __PMC_CAP(EDGE,         3, "do edge detection of events")       \
250         __PMC_CAP(THRESHOLD,    4, "ignore events below a threshold")   \
251         __PMC_CAP(READ,         5, "read PMC counter")                  \
252         __PMC_CAP(WRITE,        6, "reprogram PMC counter")             \
253         __PMC_CAP(INVERT,       7, "invert comparision sense")          \
254         __PMC_CAP(QUALIFIER,    8, "further qualify monitored events")  \
255         __PMC_CAP(PRECISE,      9, "perform precise sampling")          \
256         __PMC_CAP(TAGGING,      10, "tag upstream events")              \
257         __PMC_CAP(CASCADE,      11, "cascade counters")
258
259 enum pmc_caps
260 {
261 #undef  __PMC_CAP
262 #define __PMC_CAP(NAME, VALUE, DESCR)   PMC_CAP_##NAME = (1 << VALUE) ,
263         __PMC_CAPS()
264 };
265
266 #define PMC_CAP_FIRST           PMC_CAP_INTERRUPT
267 #define PMC_CAP_LAST            PMC_CAP_CASCADE
268
269 /*
270  * PMC Event Numbers
271  *
272  * These are generated from the definitions in "dev/hwpmc/pmc_events.h".
273  */
274
275 enum pmc_event {
276 #undef  __PMC_EV
277 #undef  __PMC_EV_BLOCK
278 #define __PMC_EV_BLOCK(C,V)     PMC_EV_ ## C ## __BLOCK_START = (V) - 1 ,
279 #define __PMC_EV(C,N)           PMC_EV_ ## C ## _ ## N ,
280         __PMC_EVENTS()
281 };
282
283 /*
284  * PMC SYSCALL INTERFACE
285  */
286
287 /*
288  * "PMC_OPS" -- these are the commands recognized by the kernel
289  * module, and are used when performing a system call from userland.
290  */
291 #define __PMC_OPS()                                                     \
292         __PMC_OP(CONFIGURELOG, "Set log file")                          \
293         __PMC_OP(FLUSHLOG, "Flush log file")                            \
294         __PMC_OP(GETCPUINFO, "Get system CPU information")              \
295         __PMC_OP(GETDRIVERSTATS, "Get driver statistics")               \
296         __PMC_OP(GETMODULEVERSION, "Get module version")                \
297         __PMC_OP(GETPMCINFO, "Get per-cpu PMC information")             \
298         __PMC_OP(PMCADMIN, "Set PMC state")                             \
299         __PMC_OP(PMCALLOCATE, "Allocate and configure a PMC")           \
300         __PMC_OP(PMCATTACH, "Attach a PMC to a process")                \
301         __PMC_OP(PMCDETACH, "Detach a PMC from a process")              \
302         __PMC_OP(PMCGETMSR, "Get a PMC's hardware address")             \
303         __PMC_OP(PMCRELEASE, "Release a PMC")                           \
304         __PMC_OP(PMCRW, "Read/Set a PMC")                               \
305         __PMC_OP(PMCSETCOUNT, "Set initial count/sampling rate")        \
306         __PMC_OP(PMCSTART, "Start a PMC")                               \
307         __PMC_OP(PMCSTOP, "Stop a PMC")                                 \
308         __PMC_OP(WRITELOG, "Write a cookie to the log file")            \
309         __PMC_OP(CLOSELOG, "Close log file")
310
311
312 enum pmc_ops {
313 #undef  __PMC_OP
314 #define __PMC_OP(N, D)  PMC_OP_##N,
315         __PMC_OPS()
316 };
317
318
319 /*
320  * Flags used in operations on PMCs.
321  */
322
323 #define PMC_F_FORCE             0x00000001 /*OP ADMIN force operation */
324 #define PMC_F_DESCENDANTS       0x00000002 /*OP ALLOCATE track descendants */
325 #define PMC_F_LOG_PROCCSW       0x00000004 /*OP ALLOCATE track ctx switches */
326 #define PMC_F_LOG_PROCEXIT      0x00000008 /*OP ALLOCATE log proc exits */
327 #define PMC_F_NEWVALUE          0x00000010 /*OP RW write new value */
328 #define PMC_F_OLDVALUE          0x00000020 /*OP RW get old value */
329 #define PMC_F_KGMON             0x00000040 /*OP ALLOCATE kgmon(8) profiling */
330 /* V2 API */
331 #define PMC_F_CALLCHAIN         0x00000080 /*OP ALLOCATE capture callchains */
332
333 /* internal flags */
334 #define PMC_F_ATTACHED_TO_OWNER 0x00010000 /*attached to owner*/
335 #define PMC_F_NEEDS_LOGFILE     0x00020000 /*needs log file */
336 #define PMC_F_ATTACH_DONE       0x00040000 /*attached at least once */
337
338 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH_MAX 32
339 #define PMC_CC_F_USERSPACE      0x01       /*userspace callchain*/
340
341 /*
342  * Cookies used to denote allocated PMCs, and the values of PMCs.
343  */
344
345 typedef uint32_t        pmc_id_t;
346 typedef uint64_t        pmc_value_t;
347
348 #define PMC_ID_INVALID          (~ (pmc_id_t) 0)
349
350 /*
351  * PMC IDs have the following format:
352  *
353  * +--------+----------+-----------+-----------+
354  * |   CPU  | PMC MODE | PMC CLASS | ROW INDEX |
355  * +--------+----------+-----------+-----------+
356  *
357  * where each field is 8 bits wide.  Field 'CPU' is set to the
358  * requested CPU for system-wide PMCs or PMC_CPU_ANY for process-mode
359  * PMCs.  Field 'PMC MODE' is the allocated PMC mode.  Field 'PMC
360  * CLASS' is the class of the PMC.  Field 'ROW INDEX' is the row index
361  * for the PMC.
362  *
363  * The 'ROW INDEX' ranges over 0..NWPMCS where NHWPMCS is the total
364  * number of hardware PMCs on this cpu.
365  */
366
367
368 #define PMC_ID_TO_ROWINDEX(ID)  ((ID) & 0xFF)
369 #define PMC_ID_TO_CLASS(ID)     (((ID) & 0xFF00) >> 8)
370 #define PMC_ID_TO_MODE(ID)      (((ID) & 0xFF0000) >> 16)
371 #define PMC_ID_TO_CPU(ID)       (((ID) & 0xFF000000) >> 24)
372 #define PMC_ID_MAKE_ID(CPU,MODE,CLASS,ROWINDEX)                 \
373         ((((CPU) & 0xFF) << 24) | (((MODE) & 0xFF) << 16) |     \
374         (((CLASS) & 0xFF) << 8) | ((ROWINDEX) & 0xFF))
375
376 /*
377  * Data structures for system calls supported by the pmc driver.
378  */
379
380 /*
381  * OP PMCALLOCATE
382  *
383  * Allocate a PMC on the named CPU.
384  */
385
386 #define PMC_CPU_ANY     ~0
387
388 struct pmc_op_pmcallocate {
389         uint32_t        pm_caps;        /* PMC_CAP_* */
390         uint32_t        pm_cpu;         /* CPU number or PMC_CPU_ANY */
391         enum pmc_class  pm_class;       /* class of PMC desired */
392         enum pmc_event  pm_ev;          /* [enum pmc_event] desired */
393         uint32_t        pm_flags;       /* additional modifiers PMC_F_* */
394         enum pmc_mode   pm_mode;        /* desired mode */
395         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* [return] process pmc id */
396
397         union pmc_md_op_pmcallocate pm_md; /* MD layer extensions */
398 };
399
400 /*
401  * OP PMCADMIN
402  *
403  * Set the administrative state (i.e., whether enabled or disabled) of
404  * a PMC 'pm_pmc' on CPU 'pm_cpu'.  Note that 'pm_pmc' specifies an
405  * absolute PMC number and need not have been first allocated by the
406  * calling process.
407  */
408
409 struct pmc_op_pmcadmin {
410         int             pm_cpu;         /* CPU# */
411         uint32_t        pm_flags;       /* flags */
412         int             pm_pmc;         /* PMC# */
413         enum pmc_state  pm_state;       /* desired state */
414 };
415
416 /*
417  * OP PMCATTACH / OP PMCDETACH
418  *
419  * Attach/detach a PMC and a process.
420  */
421
422 struct pmc_op_pmcattach {
423         pmc_id_t        pm_pmc;         /* PMC to attach to */
424         pid_t           pm_pid;         /* target process */
425 };
426
427 /*
428  * OP PMCSETCOUNT
429  *
430  * Set the sampling rate (i.e., the reload count) for statistical counters.
431  * 'pm_pmcid' need to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
432  */
433
434 struct pmc_op_pmcsetcount {
435         pmc_value_t     pm_count;       /* initial/sample count */
436         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* PMC id to set */
437 };
438
439
440 /*
441  * OP PMCRW
442  *
443  * Read the value of a PMC named by 'pm_pmcid'.  'pm_pmcid' needs
444  * to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
445  */
446
447
448 struct pmc_op_pmcrw {
449         uint32_t        pm_flags;       /* PMC_F_{OLD,NEW}VALUE*/
450         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* pmc id */
451         pmc_value_t     pm_value;       /* new&returned value */
452 };
453
454
455 /*
456  * OP GETPMCINFO
457  *
458  * retrieve PMC state for a named CPU.  The caller is expected to
459  * allocate 'npmc' * 'struct pmc_info' bytes of space for the return
460  * values.
461  */
462
463 struct pmc_info {
464         char            pm_name[PMC_NAME_MAX]; /* pmc name */
465         enum pmc_class  pm_class;       /* enum pmc_class */
466         int             pm_enabled;     /* whether enabled */
467         enum pmc_disp   pm_rowdisp;     /* FREE, THREAD or STANDLONE */
468         pid_t           pm_ownerpid;    /* owner, or -1 */
469         enum pmc_mode   pm_mode;        /* current mode [enum pmc_mode] */
470         enum pmc_event  pm_event;       /* current event */
471         uint32_t        pm_flags;       /* current flags */
472         pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling counters only */
473 };
474
475 struct pmc_op_getpmcinfo {
476         int32_t         pm_cpu;         /* 0 <= cpu < mp_maxid */
477         struct pmc_info pm_pmcs[];      /* space for 'npmc' structures */
478 };
479
480
481 /*
482  * OP GETCPUINFO
483  *
484  * Retrieve system CPU information.
485  */
486
487 struct pmc_classinfo {
488         enum pmc_class  pm_class;       /* class id */
489         uint32_t        pm_caps;        /* counter capabilities */
490         uint32_t        pm_width;       /* width of the PMC */
491         uint32_t        pm_num;         /* number of PMCs in class */
492 };
493
494 struct pmc_op_getcpuinfo {
495         enum pmc_cputype pm_cputype; /* what kind of CPU */
496         uint32_t        pm_ncpu;    /* max CPU number */
497         uint32_t        pm_npmc;    /* #PMCs per CPU */
498         uint32_t        pm_nclass;  /* #classes of PMCs */
499         struct pmc_classinfo  pm_classes[PMC_CLASS_MAX];
500 };
501
502 /*
503  * OP CONFIGURELOG
504  *
505  * Configure a log file for writing system-wide statistics to.
506  */
507
508 struct pmc_op_configurelog {
509         int             pm_flags;
510         int             pm_logfd;   /* logfile fd (or -1) */
511 };
512
513 /*
514  * OP GETDRIVERSTATS
515  *
516  * Retrieve pmc(4) driver-wide statistics.
517  */
518
519 struct pmc_op_getdriverstats {
520         int     pm_intr_ignored;        /* #interrupts ignored */
521         int     pm_intr_processed;      /* #interrupts processed */
522         int     pm_intr_bufferfull;     /* #interrupts with ENOSPC */
523         int     pm_syscalls;            /* #syscalls */
524         int     pm_syscall_errors;      /* #syscalls with errors */
525         int     pm_buffer_requests;     /* #buffer requests */
526         int     pm_buffer_requests_failed; /* #failed buffer requests */
527         int     pm_log_sweeps;          /* #sample buffer processing passes */
528 };
529
530 /*
531  * OP RELEASE / OP START / OP STOP
532  *
533  * Simple operations on a PMC id.
534  */
535
536 struct pmc_op_simple {
537         pmc_id_t        pm_pmcid;
538 };
539
540 /*
541  * OP WRITELOG
542  *
543  * Flush the current log buffer and write 4 bytes of user data to it.
544  */
545
546 struct pmc_op_writelog {
547         uint32_t        pm_userdata;
548 };
549
550 /*
551  * OP GETMSR
552  *
553  * Retrieve the machine specific address assoicated with the allocated
554  * PMC.  This number can be used subsequently with a read-performance-counter
555  * instruction.
556  */
557
558 struct pmc_op_getmsr {
559         uint32_t        pm_msr;         /* machine specific address */
560         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* allocated pmc id */
561 };
562
563 #ifdef _KERNEL
564
565 #include <sys/malloc.h>
566 #include <sys/sysctl.h>
567
568 #include <machine/frame.h>
569
570 #define PMC_HASH_SIZE                           16
571 #define PMC_MTXPOOL_SIZE                        32
572 #define PMC_LOG_BUFFER_SIZE                     4
573 #define PMC_NLOGBUFFERS                         16
574 #define PMC_NSAMPLES                            32
575 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH                     8
576
577 #define PMC_SYSCTL_NAME_PREFIX "kern." PMC_MODULE_NAME "."
578
579 /*
580  * Locking keys
581  *
582  * (b) - pmc_bufferlist_mtx (spin lock)
583  * (k) - pmc_kthread_mtx (sleep lock)
584  * (o) - po->po_mtx (spin lock)
585  */
586
587 /*
588  * PMC commands
589  */
590
591 struct pmc_syscall_args {
592         uint32_t        pmop_code;      /* one of PMC_OP_* */
593         void            *pmop_data;     /* syscall parameter */
594 };
595
596 /*
597  * Interface to processor specific s1tuff
598  */
599
600 /*
601  * struct pmc_descr
602  *
603  * Machine independent (i.e., the common parts) of a human readable
604  * PMC description.
605  */
606
607 struct pmc_descr {
608         char            pd_name[PMC_NAME_MAX]; /* name */
609         uint32_t        pd_caps;        /* capabilities */
610         enum pmc_class  pd_class;       /* class of the PMC */
611         uint32_t        pd_width;       /* width in bits */
612 };
613
614 /*
615  * struct pmc_target
616  *
617  * This structure records all the target processes associated with a
618  * PMC.
619  */
620
621 struct pmc_target {
622         LIST_ENTRY(pmc_target)  pt_next;
623         struct pmc_process      *pt_process; /* target descriptor */
624 };
625
626 /*
627  * struct pmc
628  *
629  * Describes each allocated PMC.
630  *
631  * Each PMC has precisely one owner, namely the process that allocated
632  * the PMC.
633  *
634  * A PMC may be attached to multiple target processes.  The
635  * 'pm_targets' field links all the target processes being monitored
636  * by this PMC.
637  *
638  * The 'pm_savedvalue' field is protected by a mutex.
639  *
640  * On a multi-cpu machine, multiple target threads associated with a
641  * process-virtual PMC could be concurrently executing on different
642  * CPUs.  The 'pm_runcount' field is atomically incremented every time
643  * the PMC gets scheduled on a CPU and atomically decremented when it
644  * get descheduled.  Deletion of a PMC is only permitted when this
645  * field is '0'.
646  *
647  */
648
649 struct pmc {
650         LIST_HEAD(,pmc_target)  pm_targets;     /* list of target processes */
651         LIST_ENTRY(pmc)         pm_next;        /* owner's list */
652
653         /*
654          * System-wide PMCs are allocated on a CPU and are not moved
655          * around.  For system-wide PMCs we record the CPU the PMC was
656          * allocated on in the 'CPU' field of the pmc ID.
657          *
658          * Virtual PMCs run on whichever CPU is currently executing
659          * their targets' threads.  For these PMCs we need to save
660          * their current PMC counter values when they are taken off
661          * CPU.
662          */
663
664         union {
665                 pmc_value_t     pm_savedvalue;  /* Virtual PMCS */
666         } pm_gv;
667
668         /*
669          * For sampling mode PMCs, we keep track of the PMC's "reload
670          * count", which is the counter value to be loaded in when
671          * arming the PMC for the next counting session.  For counting
672          * modes on PMCs that are read-only (e.g., the x86 TSC), we
673          * keep track of the initial value at the start of
674          * counting-mode operation.
675          */
676
677         union {
678                 pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling PMC modes */
679                 pmc_value_t     pm_initial;     /* counting PMC modes */
680         } pm_sc;
681
682         uint32_t        pm_stalled;     /* marks stalled sampling PMCs */
683         uint32_t        pm_caps;        /* PMC capabilities */
684         enum pmc_event  pm_event;       /* event being measured */
685         uint32_t        pm_flags;       /* additional flags PMC_F_... */
686         struct pmc_owner *pm_owner;     /* owner thread state */
687         int             pm_runcount;    /* #cpus currently on */
688         enum pmc_state  pm_state;       /* current PMC state */
689
690         /*
691          * The PMC ID field encodes the row-index for the PMC, its
692          * mode, class and the CPU# associated with the PMC.
693          */
694
695         pmc_id_t        pm_id;          /* allocated PMC id */
696
697         /* md extensions */
698         union pmc_md_pmc        pm_md;
699 };
700
701 /*
702  * Accessor macros for 'struct pmc'
703  */
704
705 #define PMC_TO_MODE(P)          PMC_ID_TO_MODE((P)->pm_id)
706 #define PMC_TO_CLASS(P)         PMC_ID_TO_CLASS((P)->pm_id)
707 #define PMC_TO_ROWINDEX(P)      PMC_ID_TO_ROWINDEX((P)->pm_id)
708 #define PMC_TO_CPU(P)           PMC_ID_TO_CPU((P)->pm_id)
709
710
711 /*
712  * struct pmc_process
713  *
714  * Record a 'target' process being profiled.
715  *
716  * The target process being profiled could be different from the owner
717  * process which allocated the PMCs.  Each target process descriptor
718  * is associated with NHWPMC 'struct pmc *' pointers.  Each PMC at a
719  * given hardware row-index 'n' will use slot 'n' of the 'pp_pmcs[]'
720  * array.  The size of this structure is thus PMC architecture
721  * dependent.
722  *
723  */
724
725 struct pmc_targetstate {
726         struct pmc      *pp_pmc;   /* target PMC */
727         pmc_value_t     pp_pmcval; /* per-process value */
728 };
729
730 struct pmc_process {
731         LIST_ENTRY(pmc_process) pp_next;        /* hash chain */
732         int             pp_refcnt;              /* reference count */
733         uint32_t        pp_flags;               /* flags PMC_PP_* */
734         struct proc     *pp_proc;               /* target thread */
735         struct pmc_targetstate pp_pmcs[];       /* NHWPMCs */
736 };
737
738 #define PMC_PP_ENABLE_MSR_ACCESS        0x00000001
739
740 /*
741  * struct pmc_owner
742  *
743  * We associate a PMC with an 'owner' process.
744  *
745  * A process can be associated with 0..NCPUS*NHWPMC PMCs during its
746  * lifetime, where NCPUS is the numbers of CPUS in the system and
747  * NHWPMC is the number of hardware PMCs per CPU.  These are
748  * maintained in the list headed by the 'po_pmcs' to save on space.
749  *
750  */
751
752 struct pmc_owner  {
753         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_next;        /* hash chain */
754         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_ssnext;      /* list of SS PMC owners */
755         LIST_HEAD(, pmc)        po_pmcs;        /* owned PMC list */
756         TAILQ_HEAD(, pmclog_buffer) po_logbuffers; /* (o) logbuffer list */
757         struct mtx              po_mtx;         /* spin lock for (o) */
758         struct proc             *po_owner;      /* owner proc */
759         uint32_t                po_flags;       /* (k) flags PMC_PO_* */
760         struct proc             *po_kthread;    /* (k) helper kthread */
761         struct pmclog_buffer    *po_curbuf;     /* current log buffer */
762         struct file             *po_file;       /* file reference */
763         int                     po_error;       /* recorded error */
764         short                   po_sscount;     /* # SS PMCs owned */
765         short                   po_logprocmaps; /* global mappings done */
766 };
767
768 #define PMC_PO_OWNS_LOGFILE             0x00000001 /* has a log file */
769 #define PMC_PO_SHUTDOWN                 0x00000010 /* in the process of shutdown */
770 #define PMC_PO_INITIAL_MAPPINGS_DONE    0x00000020
771
772 /*
773  * struct pmc_hw -- describe the state of the PMC hardware
774  *
775  * When in use, a HW PMC is associated with one allocated 'struct pmc'
776  * pointed to by field 'phw_pmc'.  When inactive, this field is NULL.
777  *
778  * On an SMP box, one or more HW PMC's in process virtual mode with
779  * the same 'phw_pmc' could be executing on different CPUs.  In order
780  * to handle this case correctly, we need to ensure that only
781  * incremental counts get added to the saved value in the associated
782  * 'struct pmc'.  The 'phw_save' field is used to keep the saved PMC
783  * value at the time the hardware is started during this context
784  * switch (i.e., the difference between the new (hardware) count and
785  * the saved count is atomically added to the count field in 'struct
786  * pmc' at context switch time).
787  *
788  */
789
790 struct pmc_hw {
791         uint32_t        phw_state;      /* see PHW_* macros below */
792         struct pmc      *phw_pmc;       /* current thread PMC */
793 };
794
795 #define PMC_PHW_RI_MASK         0x000000FF
796 #define PMC_PHW_CPU_SHIFT       8
797 #define PMC_PHW_CPU_MASK        0x0000FF00
798 #define PMC_PHW_FLAGS_SHIFT     16
799 #define PMC_PHW_FLAGS_MASK      0xFFFF0000
800
801 #define PMC_PHW_INDEX_TO_STATE(ri)      ((ri) & PMC_PHW_RI_MASK)
802 #define PMC_PHW_STATE_TO_INDEX(state)   ((state) & PMC_PHW_RI_MASK)
803 #define PMC_PHW_CPU_TO_STATE(cpu)       (((cpu) << PMC_PHW_CPU_SHIFT) & \
804         PMC_PHW_CPU_MASK)
805 #define PMC_PHW_STATE_TO_CPU(state)     (((state) & PMC_PHW_CPU_MASK) >> \
806         PMC_PHW_CPU_SHIFT)
807 #define PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(flags)   (((flags) << PMC_PHW_FLAGS_SHIFT) & \
808         PMC_PHW_FLAGS_MASK)
809 #define PMC_PHW_STATE_TO_FLAGS(state)   (((state) & PMC_PHW_FLAGS_MASK) >> \
810         PMC_PHW_FLAGS_SHIFT)
811 #define PMC_PHW_FLAG_IS_ENABLED         (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x01))
812 #define PMC_PHW_FLAG_IS_SHAREABLE       (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x02))
813
814 /*
815  * struct pmc_sample
816  *
817  * Space for N (tunable) PC samples and associated control data.
818  */
819
820 struct pmc_sample {
821         uint16_t                ps_nsamples;    /* callchain depth */
822         uint8_t                 ps_cpu;         /* cpu number */
823         uint8_t                 ps_flags;       /* other flags */
824         pid_t                   ps_pid;         /* process PID or -1 */
825         struct thread           *ps_td;         /* which thread */
826         struct pmc              *ps_pmc;        /* interrupting PMC */
827         uintptr_t               *ps_pc;         /* (const) callchain start */
828 };
829
830 #define PMC_SAMPLE_FREE         ((uint16_t) 0)
831 #define PMC_SAMPLE_INUSE        ((uint16_t) 0xFFFF)
832
833 struct pmc_samplebuffer {
834         struct pmc_sample * volatile ps_read;   /* read pointer */
835         struct pmc_sample * volatile ps_write;  /* write pointer */
836         uintptr_t               *ps_callchains; /* all saved call chains */
837         struct pmc_sample       *ps_fence;      /* one beyond ps_samples[] */
838         struct pmc_sample       ps_samples[];   /* array of sample entries */
839 };
840
841
842 /*
843  * struct pmc_cpustate
844  *
845  * A CPU is modelled as a collection of HW PMCs with space for additional
846  * flags.
847  */
848
849 struct pmc_cpu {
850         uint32_t        pc_state;       /* physical cpu number + flags */
851         struct pmc_samplebuffer *pc_sb; /* space for samples */
852         struct pmc_hw   *pc_hwpmcs[];   /* 'npmc' pointers */
853 };
854
855 #define PMC_PCPU_CPU_MASK               0x000000FF
856 #define PMC_PCPU_FLAGS_MASK             0xFFFFFF00
857 #define PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT            8
858 #define PMC_PCPU_STATE_TO_CPU(S)        ((S) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
859 #define PMC_PCPU_STATE_TO_FLAGS(S)      (((S) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK) >> PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT)
860 #define PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(F)      (((F) << PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK)
861 #define PMC_PCPU_CPU_TO_STATE(C)        ((C) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
862 #define PMC_PCPU_FLAG_HTT               (PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(0x1))
863
864 /*
865  * struct pmc_binding
866  *
867  * CPU binding information.
868  */
869
870 struct pmc_binding {
871         int     pb_bound;       /* is bound? */
872         int     pb_cpu;         /* if so, to which CPU */
873 };
874
875
876 struct pmc_mdep;
877
878 /*
879  * struct pmc_classdep
880  *
881  * PMC class-dependent operations.
882  */
883 struct pmc_classdep {
884         uint32_t        pcd_caps;       /* class capabilities */
885         enum pmc_class  pcd_class;      /* class id */
886         int             pcd_num;        /* number of PMCs */
887         int             pcd_ri;         /* row index of the first PMC in class */
888         int             pcd_width;      /* width of the PMC */
889
890         /* configuring/reading/writing the hardware PMCs */
891         int (*pcd_config_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
892         int (*pcd_get_config)(int _cpu, int _ri, struct pmc **_ppm);
893         int (*pcd_read_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t *_value);
894         int (*pcd_write_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t _value);
895
896         /* pmc allocation/release */
897         int (*pcd_allocate_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_t,
898                 const struct pmc_op_pmcallocate *_a);
899         int (*pcd_release_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
900
901         /* starting and stopping PMCs */
902         int (*pcd_start_pmc)(int _cpu, int _ri);
903         int (*pcd_stop_pmc)(int _cpu, int _ri);
904
905         /* description */
906         int (*pcd_describe)(int _cpu, int _ri, struct pmc_info *_pi,
907                 struct pmc **_ppmc);
908
909         /* class-dependent initialization & finalization */
910         int (*pcd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
911         int (*pcd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
912
913         /* machine-specific interface */
914         int (*pcd_get_msr)(int _ri, uint32_t *_msr);
915 };
916
917 /*
918  * struct pmc_mdep
919  *
920  * Machine dependent bits needed per CPU type.
921  */
922
923 struct pmc_mdep  {
924         uint32_t        pmd_cputype;    /* from enum pmc_cputype */
925         uint32_t        pmd_npmc;       /* number of PMCs per CPU */
926         uint32_t        pmd_nclass;     /* number of PMC classes present */
927
928         /*
929          * Machine dependent methods.
930          */
931
932         /* per-cpu initialization and finalization */
933         int (*pmd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
934         int (*pmd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
935
936         /* thread context switch in/out */
937         int (*pmd_switch_in)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
938         int (*pmd_switch_out)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
939
940         /* handle a PMC interrupt */
941         int (*pmd_intr)(int _cpu, struct trapframe *_tf);
942
943         /*
944          * PMC class dependent information.
945          */
946         struct pmc_classdep pmd_classdep[];
947 };
948
949 /*
950  * Per-CPU state.  This is an array of 'mp_ncpu' pointers
951  * to struct pmc_cpu descriptors.
952  */
953
954 extern struct pmc_cpu **pmc_pcpu;
955
956 /* driver statistics */
957 extern struct pmc_op_getdriverstats pmc_stats;
958
959 #if     defined(DEBUG) && DEBUG
960
961 /* debug flags, major flag groups */
962 struct pmc_debugflags {
963         int     pdb_CPU;
964         int     pdb_CSW;
965         int     pdb_LOG;
966         int     pdb_MDP;
967         int     pdb_MOD;
968         int     pdb_OWN;
969         int     pdb_PMC;
970         int     pdb_PRC;
971         int     pdb_SAM;
972 };
973
974 extern struct pmc_debugflags pmc_debugflags;
975
976 #define PMC_DEBUG_STRSIZE               128
977 #define PMC_DEBUG_DEFAULT_FLAGS         { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
978
979 #define PMCDBG(M,N,L,F,...) do {                                        \
980         if (pmc_debugflags.pdb_ ## M & (1 << PMC_DEBUG_MIN_ ## N))      \
981                 printf(#M ":" #N ":" #L  ": " F "\n", __VA_ARGS__);     \
982 } while (0)
983
984 /* Major numbers */
985 #define PMC_DEBUG_MAJ_CPU               0 /* cpu switches */
986 #define PMC_DEBUG_MAJ_CSW               1 /* context switches */
987 #define PMC_DEBUG_MAJ_LOG               2 /* logging */
988 #define PMC_DEBUG_MAJ_MDP               3 /* machine dependent */
989 #define PMC_DEBUG_MAJ_MOD               4 /* misc module infrastructure */
990 #define PMC_DEBUG_MAJ_OWN               5 /* owner */
991 #define PMC_DEBUG_MAJ_PMC               6 /* pmc management */
992 #define PMC_DEBUG_MAJ_PRC               7 /* processes */
993 #define PMC_DEBUG_MAJ_SAM               8 /* sampling */
994
995 /* Minor numbers */
996
997 /* Common (8 bits) */
998 #define PMC_DEBUG_MIN_ALL               0 /* allocation */
999 #define PMC_DEBUG_MIN_REL               1 /* release */
1000 #define PMC_DEBUG_MIN_OPS               2 /* ops: start, stop, ... */
1001 #define PMC_DEBUG_MIN_INI               3 /* init */
1002 #define PMC_DEBUG_MIN_FND               4 /* find */
1003
1004 /* MODULE */
1005 #define PMC_DEBUG_MIN_PMH              14 /* pmc_hook */
1006 #define PMC_DEBUG_MIN_PMS              15 /* pmc_syscall */
1007
1008 /* OWN */
1009 #define PMC_DEBUG_MIN_ORM               8 /* owner remove */
1010 #define PMC_DEBUG_MIN_OMR               9 /* owner maybe remove */
1011
1012 /* PROCESSES */
1013 #define PMC_DEBUG_MIN_TLK               8 /* link target */
1014 #define PMC_DEBUG_MIN_TUL               9 /* unlink target */
1015 #define PMC_DEBUG_MIN_EXT              10 /* process exit */
1016 #define PMC_DEBUG_MIN_EXC              11 /* process exec */
1017 #define PMC_DEBUG_MIN_FRK              12 /* process fork */
1018 #define PMC_DEBUG_MIN_ATT              13 /* attach/detach */
1019 #define PMC_DEBUG_MIN_SIG              14 /* signalling */
1020
1021 /* CONTEXT SWITCHES */
1022 #define PMC_DEBUG_MIN_SWI               8 /* switch in */
1023 #define PMC_DEBUG_MIN_SWO               9 /* switch out */
1024
1025 /* PMC */
1026 #define PMC_DEBUG_MIN_REG               8 /* pmc register */
1027 #define PMC_DEBUG_MIN_ALR               9 /* allocate row */
1028
1029 /* MACHINE DEPENDENT LAYER */
1030 #define PMC_DEBUG_MIN_REA               8 /* read */
1031 #define PMC_DEBUG_MIN_WRI               9 /* write */
1032 #define PMC_DEBUG_MIN_CFG              10 /* config */
1033 #define PMC_DEBUG_MIN_STA              11 /* start */
1034 #define PMC_DEBUG_MIN_STO              12 /* stop */
1035 #define PMC_DEBUG_MIN_INT              13 /* interrupts */
1036
1037 /* CPU */
1038 #define PMC_DEBUG_MIN_BND               8 /* bind */
1039 #define PMC_DEBUG_MIN_SEL               9 /* select */
1040
1041 /* LOG */
1042 #define PMC_DEBUG_MIN_GTB               8 /* get buf */
1043 #define PMC_DEBUG_MIN_SIO               9 /* schedule i/o */
1044 #define PMC_DEBUG_MIN_FLS              10 /* flush */
1045 #define PMC_DEBUG_MIN_SAM              11 /* sample */
1046 #define PMC_DEBUG_MIN_CLO              12 /* close */
1047
1048 #else
1049 #define PMCDBG(M,N,L,F,...)             /* nothing */
1050 #endif
1051
1052 /* declare a dedicated memory pool */
1053 MALLOC_DECLARE(M_PMC);
1054
1055 /*
1056  * Functions
1057  */
1058
1059 struct pmc_mdep *pmc_md_initialize(void);       /* MD init function */
1060 void    pmc_md_finalize(struct pmc_mdep *_md);  /* MD fini function */
1061 int     pmc_getrowdisp(int _ri);
1062 int     pmc_process_interrupt(int _cpu, struct pmc *_pm,
1063     struct trapframe *_tf, int _inuserspace);
1064 int     pmc_save_kernel_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1065     struct trapframe *_tf);
1066 int     pmc_save_user_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1067     struct trapframe *_tf);
1068 #endif /* _KERNEL */
1069 #endif /* _SYS_PMC_H_ */