]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/sys/pmc.h
MFC: 266171, 266174
[FreeBSD/stable/10.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            64 /* HW counter name size */
43 #define PMC_CLASS_MAX           8  /* 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_IVYBRIDGE, 0x8E,   "Intel Ivy Bridge")  \
91         __PMC_CPU(INTEL_SANDYBRIDGE_XEON, 0x8F,   "Intel Sandy Bridge Xeon")    \
92         __PMC_CPU(INTEL_IVYBRIDGE_XEON, 0x90,   "Intel Ivy Bridge Xeon")        \
93         __PMC_CPU(INTEL_HASWELL, 0x91,   "Intel Haswell")       \
94         __PMC_CPU(INTEL_XSCALE, 0x100,  "Intel XScale")         \
95         __PMC_CPU(MIPS_24K,     0x200,  "MIPS 24K")             \
96         __PMC_CPU(MIPS_OCTEON,  0x201,  "Cavium Octeon")        \
97         __PMC_CPU(PPC_7450,     0x300,  "PowerPC MPC7450")      \
98         __PMC_CPU(PPC_970,      0x380,  "IBM PowerPC 970")      \
99         __PMC_CPU(GENERIC,      0x400,  "Generic")
100
101 enum pmc_cputype {
102 #undef  __PMC_CPU
103 #define __PMC_CPU(S,V,D)        PMC_CPU_##S = V,
104         __PMC_CPUS()
105 };
106
107 #define PMC_CPU_FIRST   PMC_CPU_AMD_K7
108 #define PMC_CPU_LAST    PMC_CPU_GENERIC
109
110 /*
111  * Classes of PMCs
112  */
113
114 #define __PMC_CLASSES()                                                 \
115         __PMC_CLASS(TSC)        /* CPU Timestamp counter */             \
116         __PMC_CLASS(K7)         /* AMD K7 performance counters */       \
117         __PMC_CLASS(K8)         /* AMD K8 performance counters */       \
118         __PMC_CLASS(P5)         /* Intel Pentium counters */            \
119         __PMC_CLASS(P6)         /* Intel Pentium Pro counters */        \
120         __PMC_CLASS(P4)         /* Intel Pentium-IV counters */         \
121         __PMC_CLASS(IAF)        /* Intel Core2/Atom, fixed function */  \
122         __PMC_CLASS(IAP)        /* Intel Core...Atom, programmable */   \
123         __PMC_CLASS(UCF)        /* Intel Uncore fixed function */       \
124         __PMC_CLASS(UCP)        /* Intel Uncore programmable */         \
125         __PMC_CLASS(XSCALE)     /* Intel XScale counters */             \
126         __PMC_CLASS(MIPS24K)    /* MIPS 24K */                          \
127         __PMC_CLASS(OCTEON)     /* Cavium Octeon */                     \
128         __PMC_CLASS(PPC7450)    /* Motorola MPC7450 class */            \
129         __PMC_CLASS(PPC970)     /* IBM PowerPC 970 class */             \
130         __PMC_CLASS(SOFT)       /* Software events */
131
132 enum pmc_class {
133 #undef  __PMC_CLASS
134 #define __PMC_CLASS(N)  PMC_CLASS_##N ,
135         __PMC_CLASSES()
136 };
137
138 #define PMC_CLASS_FIRST PMC_CLASS_TSC
139 #define PMC_CLASS_LAST  PMC_CLASS_SOFT
140
141 /*
142  * A PMC can be in the following states:
143  *
144  * Hardware states:
145  *   DISABLED   -- administratively prohibited from being used.
146  *   FREE       -- HW available for use
147  * Software states:
148  *   ALLOCATED  -- allocated
149  *   STOPPED    -- allocated, but not counting events
150  *   RUNNING    -- allocated, and in operation; 'pm_runcount'
151  *                 holds the number of CPUs using this PMC at
152  *                 a given instant
153  *   DELETED    -- being destroyed
154  */
155
156 #define __PMC_HWSTATES()                        \
157         __PMC_STATE(DISABLED)                   \
158         __PMC_STATE(FREE)
159
160 #define __PMC_SWSTATES()                        \
161         __PMC_STATE(ALLOCATED)                  \
162         __PMC_STATE(STOPPED)                    \
163         __PMC_STATE(RUNNING)                    \
164         __PMC_STATE(DELETED)
165
166 #define __PMC_STATES()                          \
167         __PMC_HWSTATES()                        \
168         __PMC_SWSTATES()
169
170 enum pmc_state {
171 #undef  __PMC_STATE
172 #define __PMC_STATE(S)  PMC_STATE_##S,
173         __PMC_STATES()
174         __PMC_STATE(MAX)
175 };
176
177 #define PMC_STATE_FIRST PMC_STATE_DISABLED
178 #define PMC_STATE_LAST  PMC_STATE_DELETED
179
180 /*
181  * An allocated PMC may used as a 'global' counter or as a
182  * 'thread-private' one.  Each such mode of use can be in either
183  * statistical sampling mode or in counting mode.  Thus a PMC in use
184  *
185  * SS i.e., SYSTEM STATISTICAL  -- system-wide statistical profiling
186  * SC i.e., SYSTEM COUNTER      -- system-wide counting mode
187  * TS i.e., THREAD STATISTICAL  -- thread virtual, statistical profiling
188  * TC i.e., THREAD COUNTER      -- thread virtual, counting mode
189  *
190  * Statistical profiling modes rely on the PMC periodically delivering
191  * a interrupt to the CPU (when the configured number of events have
192  * been measured), so the PMC must have the ability to generate
193  * interrupts.
194  *
195  * In counting modes, the PMC counts its configured events, with the
196  * value of the PMC being read whenever needed by its owner process.
197  *
198  * The thread specific modes "virtualize" the PMCs -- the PMCs appear
199  * to be thread private and count events only when the profiled thread
200  * actually executes on the CPU.
201  *
202  * The system-wide "global" modes keep the PMCs running all the time
203  * and are used to measure the behaviour of the whole system.
204  */
205
206 #define __PMC_MODES()                           \
207         __PMC_MODE(SS,  0)                      \
208         __PMC_MODE(SC,  1)                      \
209         __PMC_MODE(TS,  2)                      \
210         __PMC_MODE(TC,  3)
211
212 enum pmc_mode {
213 #undef  __PMC_MODE
214 #define __PMC_MODE(M,N) PMC_MODE_##M = N,
215         __PMC_MODES()
216 };
217
218 #define PMC_MODE_FIRST  PMC_MODE_SS
219 #define PMC_MODE_LAST   PMC_MODE_TC
220
221 #define PMC_IS_COUNTING_MODE(mode)                              \
222         ((mode) == PMC_MODE_SC || (mode) == PMC_MODE_TC)
223 #define PMC_IS_SYSTEM_MODE(mode)                                \
224         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_SC)
225 #define PMC_IS_SAMPLING_MODE(mode)                              \
226         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_TS)
227 #define PMC_IS_VIRTUAL_MODE(mode)                               \
228         ((mode) == PMC_MODE_TS || (mode) == PMC_MODE_TC)
229
230 /*
231  * PMC row disposition
232  */
233
234 #define __PMC_DISPOSITIONS(N)                                   \
235         __PMC_DISP(STANDALONE)  /* global/disabled counters */  \
236         __PMC_DISP(FREE)        /* free/available */            \
237         __PMC_DISP(THREAD)      /* thread-virtual PMCs */       \
238         __PMC_DISP(UNKNOWN)     /* sentinel */
239
240 enum pmc_disp {
241 #undef  __PMC_DISP
242 #define __PMC_DISP(D)   PMC_DISP_##D ,
243         __PMC_DISPOSITIONS()
244 };
245
246 #define PMC_DISP_FIRST  PMC_DISP_STANDALONE
247 #define PMC_DISP_LAST   PMC_DISP_THREAD
248
249 /*
250  * Counter capabilities
251  *
252  * __PMC_CAPS(NAME, VALUE, DESCRIPTION)
253  */
254
255 #define __PMC_CAPS()                                                    \
256         __PMC_CAP(INTERRUPT,    0, "generate interrupts")               \
257         __PMC_CAP(USER,         1, "count user-mode events")            \
258         __PMC_CAP(SYSTEM,       2, "count system-mode events")          \
259         __PMC_CAP(EDGE,         3, "do edge detection of events")       \
260         __PMC_CAP(THRESHOLD,    4, "ignore events below a threshold")   \
261         __PMC_CAP(READ,         5, "read PMC counter")                  \
262         __PMC_CAP(WRITE,        6, "reprogram PMC counter")             \
263         __PMC_CAP(INVERT,       7, "invert comparision sense")          \
264         __PMC_CAP(QUALIFIER,    8, "further qualify monitored events")  \
265         __PMC_CAP(PRECISE,      9, "perform precise sampling")          \
266         __PMC_CAP(TAGGING,      10, "tag upstream events")              \
267         __PMC_CAP(CASCADE,      11, "cascade counters")
268
269 enum pmc_caps
270 {
271 #undef  __PMC_CAP
272 #define __PMC_CAP(NAME, VALUE, DESCR)   PMC_CAP_##NAME = (1 << VALUE) ,
273         __PMC_CAPS()
274 };
275
276 #define PMC_CAP_FIRST           PMC_CAP_INTERRUPT
277 #define PMC_CAP_LAST            PMC_CAP_CASCADE
278
279 /*
280  * PMC Event Numbers
281  *
282  * These are generated from the definitions in "dev/hwpmc/pmc_events.h".
283  */
284
285 enum pmc_event {
286 #undef  __PMC_EV
287 #undef  __PMC_EV_BLOCK
288 #define __PMC_EV_BLOCK(C,V)     PMC_EV_ ## C ## __BLOCK_START = (V) - 1 ,
289 #define __PMC_EV(C,N)           PMC_EV_ ## C ## _ ## N ,
290         __PMC_EVENTS()
291 };
292
293 /*
294  * PMC SYSCALL INTERFACE
295  */
296
297 /*
298  * "PMC_OPS" -- these are the commands recognized by the kernel
299  * module, and are used when performing a system call from userland.
300  */
301 #define __PMC_OPS()                                                     \
302         __PMC_OP(CONFIGURELOG, "Set log file")                          \
303         __PMC_OP(FLUSHLOG, "Flush log file")                            \
304         __PMC_OP(GETCPUINFO, "Get system CPU information")              \
305         __PMC_OP(GETDRIVERSTATS, "Get driver statistics")               \
306         __PMC_OP(GETMODULEVERSION, "Get module version")                \
307         __PMC_OP(GETPMCINFO, "Get per-cpu PMC information")             \
308         __PMC_OP(PMCADMIN, "Set PMC state")                             \
309         __PMC_OP(PMCALLOCATE, "Allocate and configure a PMC")           \
310         __PMC_OP(PMCATTACH, "Attach a PMC to a process")                \
311         __PMC_OP(PMCDETACH, "Detach a PMC from a process")              \
312         __PMC_OP(PMCGETMSR, "Get a PMC's hardware address")             \
313         __PMC_OP(PMCRELEASE, "Release a PMC")                           \
314         __PMC_OP(PMCRW, "Read/Set a PMC")                               \
315         __PMC_OP(PMCSETCOUNT, "Set initial count/sampling rate")        \
316         __PMC_OP(PMCSTART, "Start a PMC")                               \
317         __PMC_OP(PMCSTOP, "Stop a PMC")                                 \
318         __PMC_OP(WRITELOG, "Write a cookie to the log file")            \
319         __PMC_OP(CLOSELOG, "Close log file")                            \
320         __PMC_OP(GETDYNEVENTINFO, "Get dynamic events list")
321
322
323 enum pmc_ops {
324 #undef  __PMC_OP
325 #define __PMC_OP(N, D)  PMC_OP_##N,
326         __PMC_OPS()
327 };
328
329
330 /*
331  * Flags used in operations on PMCs.
332  */
333
334 #define PMC_F_FORCE             0x00000001 /*OP ADMIN force operation */
335 #define PMC_F_DESCENDANTS       0x00000002 /*OP ALLOCATE track descendants */
336 #define PMC_F_LOG_PROCCSW       0x00000004 /*OP ALLOCATE track ctx switches */
337 #define PMC_F_LOG_PROCEXIT      0x00000008 /*OP ALLOCATE log proc exits */
338 #define PMC_F_NEWVALUE          0x00000010 /*OP RW write new value */
339 #define PMC_F_OLDVALUE          0x00000020 /*OP RW get old value */
340 #define PMC_F_KGMON             0x00000040 /*OP ALLOCATE kgmon(8) profiling */
341 /* V2 API */
342 #define PMC_F_CALLCHAIN         0x00000080 /*OP ALLOCATE capture callchains */
343
344 /* internal flags */
345 #define PMC_F_ATTACHED_TO_OWNER 0x00010000 /*attached to owner*/
346 #define PMC_F_NEEDS_LOGFILE     0x00020000 /*needs log file */
347 #define PMC_F_ATTACH_DONE       0x00040000 /*attached at least once */
348
349 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH_MAX 32
350
351 #define PMC_CC_F_USERSPACE      0x01       /*userspace callchain*/
352
353 /*
354  * Cookies used to denote allocated PMCs, and the values of PMCs.
355  */
356
357 typedef uint32_t        pmc_id_t;
358 typedef uint64_t        pmc_value_t;
359
360 #define PMC_ID_INVALID          (~ (pmc_id_t) 0)
361
362 /*
363  * PMC IDs have the following format:
364  *
365  * +--------+----------+-----------+-----------+
366  * |   CPU  | PMC MODE | PMC CLASS | ROW INDEX |
367  * +--------+----------+-----------+-----------+
368  *
369  * where each field is 8 bits wide.  Field 'CPU' is set to the
370  * requested CPU for system-wide PMCs or PMC_CPU_ANY for process-mode
371  * PMCs.  Field 'PMC MODE' is the allocated PMC mode.  Field 'PMC
372  * CLASS' is the class of the PMC.  Field 'ROW INDEX' is the row index
373  * for the PMC.
374  *
375  * The 'ROW INDEX' ranges over 0..NWPMCS where NHWPMCS is the total
376  * number of hardware PMCs on this cpu.
377  */
378
379
380 #define PMC_ID_TO_ROWINDEX(ID)  ((ID) & 0xFF)
381 #define PMC_ID_TO_CLASS(ID)     (((ID) & 0xFF00) >> 8)
382 #define PMC_ID_TO_MODE(ID)      (((ID) & 0xFF0000) >> 16)
383 #define PMC_ID_TO_CPU(ID)       (((ID) & 0xFF000000) >> 24)
384 #define PMC_ID_MAKE_ID(CPU,MODE,CLASS,ROWINDEX)                 \
385         ((((CPU) & 0xFF) << 24) | (((MODE) & 0xFF) << 16) |     \
386         (((CLASS) & 0xFF) << 8) | ((ROWINDEX) & 0xFF))
387
388 /*
389  * Data structures for system calls supported by the pmc driver.
390  */
391
392 /*
393  * OP PMCALLOCATE
394  *
395  * Allocate a PMC on the named CPU.
396  */
397
398 #define PMC_CPU_ANY     ~0
399
400 struct pmc_op_pmcallocate {
401         uint32_t        pm_caps;        /* PMC_CAP_* */
402         uint32_t        pm_cpu;         /* CPU number or PMC_CPU_ANY */
403         enum pmc_class  pm_class;       /* class of PMC desired */
404         enum pmc_event  pm_ev;          /* [enum pmc_event] desired */
405         uint32_t        pm_flags;       /* additional modifiers PMC_F_* */
406         enum pmc_mode   pm_mode;        /* desired mode */
407         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* [return] process pmc id */
408
409         union pmc_md_op_pmcallocate pm_md; /* MD layer extensions */
410 };
411
412 /*
413  * OP PMCADMIN
414  *
415  * Set the administrative state (i.e., whether enabled or disabled) of
416  * a PMC 'pm_pmc' on CPU 'pm_cpu'.  Note that 'pm_pmc' specifies an
417  * absolute PMC number and need not have been first allocated by the
418  * calling process.
419  */
420
421 struct pmc_op_pmcadmin {
422         int             pm_cpu;         /* CPU# */
423         uint32_t        pm_flags;       /* flags */
424         int             pm_pmc;         /* PMC# */
425         enum pmc_state  pm_state;       /* desired state */
426 };
427
428 /*
429  * OP PMCATTACH / OP PMCDETACH
430  *
431  * Attach/detach a PMC and a process.
432  */
433
434 struct pmc_op_pmcattach {
435         pmc_id_t        pm_pmc;         /* PMC to attach to */
436         pid_t           pm_pid;         /* target process */
437 };
438
439 /*
440  * OP PMCSETCOUNT
441  *
442  * Set the sampling rate (i.e., the reload count) for statistical counters.
443  * 'pm_pmcid' need to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
444  */
445
446 struct pmc_op_pmcsetcount {
447         pmc_value_t     pm_count;       /* initial/sample count */
448         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* PMC id to set */
449 };
450
451
452 /*
453  * OP PMCRW
454  *
455  * Read the value of a PMC named by 'pm_pmcid'.  'pm_pmcid' needs
456  * to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
457  */
458
459
460 struct pmc_op_pmcrw {
461         uint32_t        pm_flags;       /* PMC_F_{OLD,NEW}VALUE*/
462         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* pmc id */
463         pmc_value_t     pm_value;       /* new&returned value */
464 };
465
466
467 /*
468  * OP GETPMCINFO
469  *
470  * retrieve PMC state for a named CPU.  The caller is expected to
471  * allocate 'npmc' * 'struct pmc_info' bytes of space for the return
472  * values.
473  */
474
475 struct pmc_info {
476         char            pm_name[PMC_NAME_MAX]; /* pmc name */
477         enum pmc_class  pm_class;       /* enum pmc_class */
478         int             pm_enabled;     /* whether enabled */
479         enum pmc_disp   pm_rowdisp;     /* FREE, THREAD or STANDLONE */
480         pid_t           pm_ownerpid;    /* owner, or -1 */
481         enum pmc_mode   pm_mode;        /* current mode [enum pmc_mode] */
482         enum pmc_event  pm_event;       /* current event */
483         uint32_t        pm_flags;       /* current flags */
484         pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling counters only */
485 };
486
487 struct pmc_op_getpmcinfo {
488         int32_t         pm_cpu;         /* 0 <= cpu < mp_maxid */
489         struct pmc_info pm_pmcs[];      /* space for 'npmc' structures */
490 };
491
492
493 /*
494  * OP GETCPUINFO
495  *
496  * Retrieve system CPU information.
497  */
498
499
500 struct pmc_classinfo {
501         enum pmc_class  pm_class;       /* class id */
502         uint32_t        pm_caps;        /* counter capabilities */
503         uint32_t        pm_width;       /* width of the PMC */
504         uint32_t        pm_num;         /* number of PMCs in class */
505 };
506
507 struct pmc_op_getcpuinfo {
508         enum pmc_cputype pm_cputype; /* what kind of CPU */
509         uint32_t        pm_ncpu;    /* max CPU number */
510         uint32_t        pm_npmc;    /* #PMCs per CPU */
511         uint32_t        pm_nclass;  /* #classes of PMCs */
512         struct pmc_classinfo  pm_classes[PMC_CLASS_MAX];
513 };
514
515 /*
516  * OP CONFIGURELOG
517  *
518  * Configure a log file for writing system-wide statistics to.
519  */
520
521 struct pmc_op_configurelog {
522         int             pm_flags;
523         int             pm_logfd;   /* logfile fd (or -1) */
524 };
525
526 /*
527  * OP GETDRIVERSTATS
528  *
529  * Retrieve pmc(4) driver-wide statistics.
530  */
531
532 struct pmc_op_getdriverstats {
533         int     pm_intr_ignored;        /* #interrupts ignored */
534         int     pm_intr_processed;      /* #interrupts processed */
535         int     pm_intr_bufferfull;     /* #interrupts with ENOSPC */
536         int     pm_syscalls;            /* #syscalls */
537         int     pm_syscall_errors;      /* #syscalls with errors */
538         int     pm_buffer_requests;     /* #buffer requests */
539         int     pm_buffer_requests_failed; /* #failed buffer requests */
540         int     pm_log_sweeps;          /* #sample buffer processing passes */
541 };
542
543 /*
544  * OP RELEASE / OP START / OP STOP
545  *
546  * Simple operations on a PMC id.
547  */
548
549 struct pmc_op_simple {
550         pmc_id_t        pm_pmcid;
551 };
552
553 /*
554  * OP WRITELOG
555  *
556  * Flush the current log buffer and write 4 bytes of user data to it.
557  */
558
559 struct pmc_op_writelog {
560         uint32_t        pm_userdata;
561 };
562
563 /*
564  * OP GETMSR
565  *
566  * Retrieve the machine specific address assoicated with the allocated
567  * PMC.  This number can be used subsequently with a read-performance-counter
568  * instruction.
569  */
570
571 struct pmc_op_getmsr {
572         uint32_t        pm_msr;         /* machine specific address */
573         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* allocated pmc id */
574 };
575
576 /*
577  * OP GETDYNEVENTINFO
578  *
579  * Retrieve a PMC dynamic class events list.
580  */
581
582 struct pmc_dyn_event_descr {
583         char            pm_ev_name[PMC_NAME_MAX];
584         enum pmc_event  pm_ev_code;
585 };
586
587 struct pmc_op_getdyneventinfo {
588         enum pmc_class                  pm_class;
589         unsigned int                    pm_nevent;
590         struct pmc_dyn_event_descr      pm_events[PMC_EV_DYN_COUNT];
591 };
592
593 #ifdef _KERNEL
594
595 #include <sys/malloc.h>
596 #include <sys/sysctl.h>
597
598 #include <machine/frame.h>
599
600 #define PMC_HASH_SIZE                           1024
601 #define PMC_MTXPOOL_SIZE                        2048
602 #define PMC_LOG_BUFFER_SIZE                     4
603 #define PMC_NLOGBUFFERS                         1024
604 #define PMC_NSAMPLES                            1024
605 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH                     16
606
607 #define PMC_SYSCTL_NAME_PREFIX "kern." PMC_MODULE_NAME "."
608
609 /*
610  * Locking keys
611  *
612  * (b) - pmc_bufferlist_mtx (spin lock)
613  * (k) - pmc_kthread_mtx (sleep lock)
614  * (o) - po->po_mtx (spin lock)
615  */
616
617 /*
618  * PMC commands
619  */
620
621 struct pmc_syscall_args {
622         register_t      pmop_code;      /* one of PMC_OP_* */
623         void            *pmop_data;     /* syscall parameter */
624 };
625
626 /*
627  * Interface to processor specific s1tuff
628  */
629
630 /*
631  * struct pmc_descr
632  *
633  * Machine independent (i.e., the common parts) of a human readable
634  * PMC description.
635  */
636
637 struct pmc_descr {
638         char            pd_name[PMC_NAME_MAX]; /* name */
639         uint32_t        pd_caps;        /* capabilities */
640         enum pmc_class  pd_class;       /* class of the PMC */
641         uint32_t        pd_width;       /* width in bits */
642 };
643
644 /*
645  * struct pmc_target
646  *
647  * This structure records all the target processes associated with a
648  * PMC.
649  */
650
651 struct pmc_target {
652         LIST_ENTRY(pmc_target)  pt_next;
653         struct pmc_process      *pt_process; /* target descriptor */
654 };
655
656 /*
657  * struct pmc
658  *
659  * Describes each allocated PMC.
660  *
661  * Each PMC has precisely one owner, namely the process that allocated
662  * the PMC.
663  *
664  * A PMC may be attached to multiple target processes.  The
665  * 'pm_targets' field links all the target processes being monitored
666  * by this PMC.
667  *
668  * The 'pm_savedvalue' field is protected by a mutex.
669  *
670  * On a multi-cpu machine, multiple target threads associated with a
671  * process-virtual PMC could be concurrently executing on different
672  * CPUs.  The 'pm_runcount' field is atomically incremented every time
673  * the PMC gets scheduled on a CPU and atomically decremented when it
674  * get descheduled.  Deletion of a PMC is only permitted when this
675  * field is '0'.
676  *
677  */
678
679 struct pmc {
680         LIST_HEAD(,pmc_target)  pm_targets;     /* list of target processes */
681         LIST_ENTRY(pmc)         pm_next;        /* owner's list */
682
683         /*
684          * System-wide PMCs are allocated on a CPU and are not moved
685          * around.  For system-wide PMCs we record the CPU the PMC was
686          * allocated on in the 'CPU' field of the pmc ID.
687          *
688          * Virtual PMCs run on whichever CPU is currently executing
689          * their targets' threads.  For these PMCs we need to save
690          * their current PMC counter values when they are taken off
691          * CPU.
692          */
693
694         union {
695                 pmc_value_t     pm_savedvalue;  /* Virtual PMCS */
696         } pm_gv;
697
698         /*
699          * For sampling mode PMCs, we keep track of the PMC's "reload
700          * count", which is the counter value to be loaded in when
701          * arming the PMC for the next counting session.  For counting
702          * modes on PMCs that are read-only (e.g., the x86 TSC), we
703          * keep track of the initial value at the start of
704          * counting-mode operation.
705          */
706
707         union {
708                 pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling PMC modes */
709                 pmc_value_t     pm_initial;     /* counting PMC modes */
710         } pm_sc;
711
712         uint32_t        pm_stalled;     /* marks stalled sampling PMCs */
713         uint32_t        pm_caps;        /* PMC capabilities */
714         enum pmc_event  pm_event;       /* event being measured */
715         uint32_t        pm_flags;       /* additional flags PMC_F_... */
716         struct pmc_owner *pm_owner;     /* owner thread state */
717         int             pm_runcount;    /* #cpus currently on */
718         enum pmc_state  pm_state;       /* current PMC state */
719
720         /*
721          * The PMC ID field encodes the row-index for the PMC, its
722          * mode, class and the CPU# associated with the PMC.
723          */
724
725         pmc_id_t        pm_id;          /* allocated PMC id */
726
727         /* md extensions */
728         union pmc_md_pmc        pm_md;
729 };
730
731 /*
732  * Accessor macros for 'struct pmc'
733  */
734
735 #define PMC_TO_MODE(P)          PMC_ID_TO_MODE((P)->pm_id)
736 #define PMC_TO_CLASS(P)         PMC_ID_TO_CLASS((P)->pm_id)
737 #define PMC_TO_ROWINDEX(P)      PMC_ID_TO_ROWINDEX((P)->pm_id)
738 #define PMC_TO_CPU(P)           PMC_ID_TO_CPU((P)->pm_id)
739
740
741 /*
742  * struct pmc_process
743  *
744  * Record a 'target' process being profiled.
745  *
746  * The target process being profiled could be different from the owner
747  * process which allocated the PMCs.  Each target process descriptor
748  * is associated with NHWPMC 'struct pmc *' pointers.  Each PMC at a
749  * given hardware row-index 'n' will use slot 'n' of the 'pp_pmcs[]'
750  * array.  The size of this structure is thus PMC architecture
751  * dependent.
752  *
753  */
754
755 struct pmc_targetstate {
756         struct pmc      *pp_pmc;   /* target PMC */
757         pmc_value_t     pp_pmcval; /* per-process value */
758 };
759
760 struct pmc_process {
761         LIST_ENTRY(pmc_process) pp_next;        /* hash chain */
762         int             pp_refcnt;              /* reference count */
763         uint32_t        pp_flags;               /* flags PMC_PP_* */
764         struct proc     *pp_proc;               /* target thread */
765         struct pmc_targetstate pp_pmcs[];       /* NHWPMCs */
766 };
767
768 #define PMC_PP_ENABLE_MSR_ACCESS        0x00000001
769
770 /*
771  * struct pmc_owner
772  *
773  * We associate a PMC with an 'owner' process.
774  *
775  * A process can be associated with 0..NCPUS*NHWPMC PMCs during its
776  * lifetime, where NCPUS is the numbers of CPUS in the system and
777  * NHWPMC is the number of hardware PMCs per CPU.  These are
778  * maintained in the list headed by the 'po_pmcs' to save on space.
779  *
780  */
781
782 struct pmc_owner  {
783         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_next;        /* hash chain */
784         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_ssnext;      /* list of SS PMC owners */
785         LIST_HEAD(, pmc)        po_pmcs;        /* owned PMC list */
786         TAILQ_HEAD(, pmclog_buffer) po_logbuffers; /* (o) logbuffer list */
787         struct mtx              po_mtx;         /* spin lock for (o) */
788         struct proc             *po_owner;      /* owner proc */
789         uint32_t                po_flags;       /* (k) flags PMC_PO_* */
790         struct proc             *po_kthread;    /* (k) helper kthread */
791         struct pmclog_buffer    *po_curbuf;     /* current log buffer */
792         struct file             *po_file;       /* file reference */
793         int                     po_error;       /* recorded error */
794         short                   po_sscount;     /* # SS PMCs owned */
795         short                   po_logprocmaps; /* global mappings done */
796 };
797
798 #define PMC_PO_OWNS_LOGFILE             0x00000001 /* has a log file */
799 #define PMC_PO_SHUTDOWN                 0x00000010 /* in the process of shutdown */
800 #define PMC_PO_INITIAL_MAPPINGS_DONE    0x00000020
801
802 /*
803  * struct pmc_hw -- describe the state of the PMC hardware
804  *
805  * When in use, a HW PMC is associated with one allocated 'struct pmc'
806  * pointed to by field 'phw_pmc'.  When inactive, this field is NULL.
807  *
808  * On an SMP box, one or more HW PMC's in process virtual mode with
809  * the same 'phw_pmc' could be executing on different CPUs.  In order
810  * to handle this case correctly, we need to ensure that only
811  * incremental counts get added to the saved value in the associated
812  * 'struct pmc'.  The 'phw_save' field is used to keep the saved PMC
813  * value at the time the hardware is started during this context
814  * switch (i.e., the difference between the new (hardware) count and
815  * the saved count is atomically added to the count field in 'struct
816  * pmc' at context switch time).
817  *
818  */
819
820 struct pmc_hw {
821         uint32_t        phw_state;      /* see PHW_* macros below */
822         struct pmc      *phw_pmc;       /* current thread PMC */
823 };
824
825 #define PMC_PHW_RI_MASK         0x000000FF
826 #define PMC_PHW_CPU_SHIFT       8
827 #define PMC_PHW_CPU_MASK        0x0000FF00
828 #define PMC_PHW_FLAGS_SHIFT     16
829 #define PMC_PHW_FLAGS_MASK      0xFFFF0000
830
831 #define PMC_PHW_INDEX_TO_STATE(ri)      ((ri) & PMC_PHW_RI_MASK)
832 #define PMC_PHW_STATE_TO_INDEX(state)   ((state) & PMC_PHW_RI_MASK)
833 #define PMC_PHW_CPU_TO_STATE(cpu)       (((cpu) << PMC_PHW_CPU_SHIFT) & \
834         PMC_PHW_CPU_MASK)
835 #define PMC_PHW_STATE_TO_CPU(state)     (((state) & PMC_PHW_CPU_MASK) >> \
836         PMC_PHW_CPU_SHIFT)
837 #define PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(flags)   (((flags) << PMC_PHW_FLAGS_SHIFT) & \
838         PMC_PHW_FLAGS_MASK)
839 #define PMC_PHW_STATE_TO_FLAGS(state)   (((state) & PMC_PHW_FLAGS_MASK) >> \
840         PMC_PHW_FLAGS_SHIFT)
841 #define PMC_PHW_FLAG_IS_ENABLED         (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x01))
842 #define PMC_PHW_FLAG_IS_SHAREABLE       (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x02))
843
844 /*
845  * struct pmc_sample
846  *
847  * Space for N (tunable) PC samples and associated control data.
848  */
849
850 struct pmc_sample {
851         uint16_t                ps_nsamples;    /* callchain depth */
852         uint8_t                 ps_cpu;         /* cpu number */
853         uint8_t                 ps_flags;       /* other flags */
854         pid_t                   ps_pid;         /* process PID or -1 */
855         struct thread           *ps_td;         /* which thread */
856         struct pmc              *ps_pmc;        /* interrupting PMC */
857         uintptr_t               *ps_pc;         /* (const) callchain start */
858 };
859
860 #define         PMC_SAMPLE_FREE         ((uint16_t) 0)
861 #define         PMC_SAMPLE_INUSE        ((uint16_t) 0xFFFF)
862
863 struct pmc_samplebuffer {
864         struct pmc_sample * volatile ps_read;   /* read pointer */
865         struct pmc_sample * volatile ps_write;  /* write pointer */
866         uintptr_t               *ps_callchains; /* all saved call chains */
867         struct pmc_sample       *ps_fence;      /* one beyond ps_samples[] */
868         struct pmc_sample       ps_samples[];   /* array of sample entries */
869 };
870
871
872 /*
873  * struct pmc_cpustate
874  *
875  * A CPU is modelled as a collection of HW PMCs with space for additional
876  * flags.
877  */
878
879 struct pmc_cpu {
880         uint32_t        pc_state;       /* physical cpu number + flags */
881         struct pmc_samplebuffer *pc_sb[2]; /* space for samples */
882         struct pmc_hw   *pc_hwpmcs[];   /* 'npmc' pointers */
883 };
884
885 #define PMC_PCPU_CPU_MASK               0x000000FF
886 #define PMC_PCPU_FLAGS_MASK             0xFFFFFF00
887 #define PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT            8
888 #define PMC_PCPU_STATE_TO_CPU(S)        ((S) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
889 #define PMC_PCPU_STATE_TO_FLAGS(S)      (((S) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK) >> PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT)
890 #define PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(F)      (((F) << PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK)
891 #define PMC_PCPU_CPU_TO_STATE(C)        ((C) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
892 #define PMC_PCPU_FLAG_HTT               (PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(0x1))
893
894 /*
895  * struct pmc_binding
896  *
897  * CPU binding information.
898  */
899
900 struct pmc_binding {
901         int     pb_bound;       /* is bound? */
902         int     pb_cpu;         /* if so, to which CPU */
903 };
904
905
906 struct pmc_mdep;
907
908 /*
909  * struct pmc_classdep
910  *
911  * PMC class-dependent operations.
912  */
913 struct pmc_classdep {
914         uint32_t        pcd_caps;       /* class capabilities */
915         enum pmc_class  pcd_class;      /* class id */
916         int             pcd_num;        /* number of PMCs */
917         int             pcd_ri;         /* row index of the first PMC in class */
918         int             pcd_width;      /* width of the PMC */
919
920         /* configuring/reading/writing the hardware PMCs */
921         int (*pcd_config_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
922         int (*pcd_get_config)(int _cpu, int _ri, struct pmc **_ppm);
923         int (*pcd_read_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t *_value);
924         int (*pcd_write_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t _value);
925
926         /* pmc allocation/release */
927         int (*pcd_allocate_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_t,
928                 const struct pmc_op_pmcallocate *_a);
929         int (*pcd_release_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
930
931         /* starting and stopping PMCs */
932         int (*pcd_start_pmc)(int _cpu, int _ri);
933         int (*pcd_stop_pmc)(int _cpu, int _ri);
934
935         /* description */
936         int (*pcd_describe)(int _cpu, int _ri, struct pmc_info *_pi,
937                 struct pmc **_ppmc);
938
939         /* class-dependent initialization & finalization */
940         int (*pcd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
941         int (*pcd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
942
943         /* machine-specific interface */
944         int (*pcd_get_msr)(int _ri, uint32_t *_msr);
945 };
946
947 /*
948  * struct pmc_mdep
949  *
950  * Machine dependent bits needed per CPU type.
951  */
952
953 struct pmc_mdep  {
954         uint32_t        pmd_cputype;    /* from enum pmc_cputype */
955         uint32_t        pmd_npmc;       /* number of PMCs per CPU */
956         uint32_t        pmd_nclass;     /* number of PMC classes present */
957
958         /*
959          * Machine dependent methods.
960          */
961
962         /* per-cpu initialization and finalization */
963         int (*pmd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
964         int (*pmd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
965
966         /* thread context switch in/out */
967         int (*pmd_switch_in)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
968         int (*pmd_switch_out)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
969
970         /* handle a PMC interrupt */
971         int (*pmd_intr)(int _cpu, struct trapframe *_tf);
972
973         /*
974          * PMC class dependent information.
975          */
976         struct pmc_classdep pmd_classdep[];
977 };
978
979 /*
980  * Per-CPU state.  This is an array of 'mp_ncpu' pointers
981  * to struct pmc_cpu descriptors.
982  */
983
984 extern struct pmc_cpu **pmc_pcpu;
985
986 /* driver statistics */
987 extern struct pmc_op_getdriverstats pmc_stats;
988
989 #if     defined(DEBUG)
990
991 /* debug flags, major flag groups */
992 struct pmc_debugflags {
993         int     pdb_CPU;
994         int     pdb_CSW;
995         int     pdb_LOG;
996         int     pdb_MDP;
997         int     pdb_MOD;
998         int     pdb_OWN;
999         int     pdb_PMC;
1000         int     pdb_PRC;
1001         int     pdb_SAM;
1002 };
1003
1004 extern struct pmc_debugflags pmc_debugflags;
1005
1006 #define PMC_DEBUG_STRSIZE               128
1007 #define PMC_DEBUG_DEFAULT_FLAGS         { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
1008
1009 #define PMCDBG(M,N,L,F,...) do {                                        \
1010         if (pmc_debugflags.pdb_ ## M & (1 << PMC_DEBUG_MIN_ ## N))      \
1011                 printf(#M ":" #N ":" #L  ": " F "\n", __VA_ARGS__);     \
1012 } while (0)
1013
1014 /* Major numbers */
1015 #define PMC_DEBUG_MAJ_CPU               0 /* cpu switches */
1016 #define PMC_DEBUG_MAJ_CSW               1 /* context switches */
1017 #define PMC_DEBUG_MAJ_LOG               2 /* logging */
1018 #define PMC_DEBUG_MAJ_MDP               3 /* machine dependent */
1019 #define PMC_DEBUG_MAJ_MOD               4 /* misc module infrastructure */
1020 #define PMC_DEBUG_MAJ_OWN               5 /* owner */
1021 #define PMC_DEBUG_MAJ_PMC               6 /* pmc management */
1022 #define PMC_DEBUG_MAJ_PRC               7 /* processes */
1023 #define PMC_DEBUG_MAJ_SAM               8 /* sampling */
1024
1025 /* Minor numbers */
1026
1027 /* Common (8 bits) */
1028 #define PMC_DEBUG_MIN_ALL               0 /* allocation */
1029 #define PMC_DEBUG_MIN_REL               1 /* release */
1030 #define PMC_DEBUG_MIN_OPS               2 /* ops: start, stop, ... */
1031 #define PMC_DEBUG_MIN_INI               3 /* init */
1032 #define PMC_DEBUG_MIN_FND               4 /* find */
1033
1034 /* MODULE */
1035 #define PMC_DEBUG_MIN_PMH              14 /* pmc_hook */
1036 #define PMC_DEBUG_MIN_PMS              15 /* pmc_syscall */
1037
1038 /* OWN */
1039 #define PMC_DEBUG_MIN_ORM               8 /* owner remove */
1040 #define PMC_DEBUG_MIN_OMR               9 /* owner maybe remove */
1041
1042 /* PROCESSES */
1043 #define PMC_DEBUG_MIN_TLK               8 /* link target */
1044 #define PMC_DEBUG_MIN_TUL               9 /* unlink target */
1045 #define PMC_DEBUG_MIN_EXT              10 /* process exit */
1046 #define PMC_DEBUG_MIN_EXC              11 /* process exec */
1047 #define PMC_DEBUG_MIN_FRK              12 /* process fork */
1048 #define PMC_DEBUG_MIN_ATT              13 /* attach/detach */
1049 #define PMC_DEBUG_MIN_SIG              14 /* signalling */
1050
1051 /* CONTEXT SWITCHES */
1052 #define PMC_DEBUG_MIN_SWI               8 /* switch in */
1053 #define PMC_DEBUG_MIN_SWO               9 /* switch out */
1054
1055 /* PMC */
1056 #define PMC_DEBUG_MIN_REG               8 /* pmc register */
1057 #define PMC_DEBUG_MIN_ALR               9 /* allocate row */
1058
1059 /* MACHINE DEPENDENT LAYER */
1060 #define PMC_DEBUG_MIN_REA               8 /* read */
1061 #define PMC_DEBUG_MIN_WRI               9 /* write */
1062 #define PMC_DEBUG_MIN_CFG              10 /* config */
1063 #define PMC_DEBUG_MIN_STA              11 /* start */
1064 #define PMC_DEBUG_MIN_STO              12 /* stop */
1065 #define PMC_DEBUG_MIN_INT              13 /* interrupts */
1066
1067 /* CPU */
1068 #define PMC_DEBUG_MIN_BND               8 /* bind */
1069 #define PMC_DEBUG_MIN_SEL               9 /* select */
1070
1071 /* LOG */
1072 #define PMC_DEBUG_MIN_GTB               8 /* get buf */
1073 #define PMC_DEBUG_MIN_SIO               9 /* schedule i/o */
1074 #define PMC_DEBUG_MIN_FLS              10 /* flush */
1075 #define PMC_DEBUG_MIN_SAM              11 /* sample */
1076 #define PMC_DEBUG_MIN_CLO              12 /* close */
1077
1078 #else
1079 #define PMCDBG(M,N,L,F,...)             /* nothing */
1080 #endif
1081
1082 /* declare a dedicated memory pool */
1083 MALLOC_DECLARE(M_PMC);
1084
1085 /*
1086  * Functions
1087  */
1088
1089 struct pmc_mdep *pmc_md_initialize(void);       /* MD init function */
1090 void    pmc_md_finalize(struct pmc_mdep *_md);  /* MD fini function */
1091 int     pmc_getrowdisp(int _ri);
1092 int     pmc_process_interrupt(int _cpu, int _soft, struct pmc *_pm,
1093     struct trapframe *_tf, int _inuserspace);
1094 int     pmc_save_kernel_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1095     struct trapframe *_tf);
1096 int     pmc_save_user_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1097     struct trapframe *_tf);
1098 struct pmc_mdep *pmc_mdep_alloc(int nclasses);
1099 void pmc_mdep_free(struct pmc_mdep *md);
1100 #endif /* _KERNEL */
1101 #endif /* _SYS_PMC_H_ */