sys/sys/smp.h

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: Beerware
   3  *
   4  * ----------------------------------------------------------------------------
   5  * "THE BEER-WARE LICENSE" (Revision 42):
   6  * <phk@FreeBSD.org> wrote this file.  As long as you retain this notice you
   7  * can do whatever you want with this stuff. If we meet some day, and you think
   8  * this stuff is worth it, you can buy me a beer in return.   Poul-Henning Kamp
   9  * ----------------------------------------------------------------------------
  10  *
  11  * $FreeBSD$
  12  */
  13
  14 #ifndef _SYS_SMP_H_
  15 #define _SYS_SMP_H_
  16
  17 #ifdef _KERNEL
  18
  19 #ifndef LOCORE
  20
  21 #include <sys/cpuset.h>
  22 #include <sys/queue.h>
  23
  24 /*
  25  * Types of nodes in the topological tree.
  26  */
  27 typedef enum {
  28         /* No node has this type; can be used in topo API calls. */
  29         TOPO_TYPE_DUMMY,
  30         /* Processing unit aka computing unit aka logical CPU. */
  31         TOPO_TYPE_PU,
  32         /* Physical subdivision of a package. */
  33         TOPO_TYPE_CORE,
  34         /* CPU L1/L2/L3 cache. */
  35         TOPO_TYPE_CACHE,
  36         /* Package aka chip, equivalent to socket. */
  37         TOPO_TYPE_PKG,
  38         /* NUMA node. */
  39         TOPO_TYPE_NODE,
  40         /* Other logical or physical grouping of PUs. */
  41         /* E.g. PUs on the same dye, or PUs sharing an FPU. */
  42         TOPO_TYPE_GROUP,
  43         /* The whole system. */
  44         TOPO_TYPE_SYSTEM
  45 } topo_node_type;
  46
  47 /* Hardware indenitifier of a topology component. */
  48 typedef unsigned int hwid_t;
  49 /* Logical CPU idenitifier. */
  50 typedef int cpuid_t;
  51
  52 /* A node in the topology. */
  53 struct topo_node {
  54         struct topo_node                        *parent;
  55         TAILQ_HEAD(topo_children, topo_node)    children;
  56         TAILQ_ENTRY(topo_node)                  siblings;
  57         cpuset_t                                cpuset;
  58         topo_node_type                          type;
  59         uintptr_t                               subtype;
  60         hwid_t                                  hwid;
  61         cpuid_t                                 id;
  62         int                                     nchildren;
  63         int                                     cpu_count;
  64 };
  65
  66 /*
  67  * Scheduling topology of a NUMA or SMP system.
  68  *
  69  * The top level topology is an array of pointers to groups.  Each group
  70  * contains a bitmask of cpus in its group or subgroups.  It may also
  71  * contain a pointer to an array of child groups.
  72  *
  73  * The bitmasks at non leaf groups may be used by consumers who support
  74  * a smaller depth than the hardware provides.
  75  *
  76  * The topology may be omitted by systems where all CPUs are equal.
  77  */
  78
  79 struct cpu_group {
  80         struct cpu_group *cg_parent;    /* Our parent group. */
  81         struct cpu_group *cg_child;     /* Optional children groups. */
  82         cpuset_t        cg_mask;        /* Mask of cpus in this group. */
  83         int32_t         cg_count;       /* Count of cpus in this group. */
  84         int32_t         cg_first;       /* First cpu in this group. */
  85         int32_t         cg_last;        /* Last cpu in this group. */
  86         int16_t         cg_children;    /* Number of children groups. */
  87         int8_t          cg_level;       /* Shared cache level. */
  88         int8_t          cg_flags;       /* Traversal modifiers. */
  89 };
  90
  91 typedef struct cpu_group *cpu_group_t;
  92
  93 /*
  94  * Defines common resources for CPUs in the group.  The highest level
  95  * resource should be used when multiple are shared.
  96  */
  97 #define CG_SHARE_NONE   0
  98 #define CG_SHARE_L1     1
  99 #define CG_SHARE_L2     2
 100 #define CG_SHARE_L3     3
 101
 102 #define MAX_CACHE_LEVELS        CG_SHARE_L3
 103
 104 /*
 105  * Behavior modifiers for load balancing and affinity.
 106  */
 107 #define CG_FLAG_HTT     0x01            /* Schedule the alternate core last. */
 108 #define CG_FLAG_SMT     0x02            /* New age htt, less crippled. */
 109 #define CG_FLAG_THREAD  (CG_FLAG_HTT | CG_FLAG_SMT)     /* Any threading. */
 110
 111 /*
 112  * Convenience routines for building and traversing topologies.
 113  */
 114 #ifdef SMP
 115 void topo_init_node(struct topo_node *node);
 116 void topo_init_root(struct topo_node *root);
 117 struct topo_node * topo_add_node_by_hwid(struct topo_node *parent, int hwid,
 118     topo_node_type type, uintptr_t subtype);
 119 struct topo_node * topo_find_node_by_hwid(struct topo_node *parent, int hwid,
 120     topo_node_type type, uintptr_t subtype);
 121 void topo_promote_child(struct topo_node *child);
 122 struct topo_node * topo_next_node(struct topo_node *top,
 123     struct topo_node *node);
 124 struct topo_node * topo_next_nonchild_node(struct topo_node *top,
 125     struct topo_node *node);
 126 void topo_set_pu_id(struct topo_node *node, cpuid_t id);
 127
 128 enum topo_level {
 129         TOPO_LEVEL_PKG = 0,
 130         /*
 131          * Some systems have useful sub-package core organizations.  On these,
 132          * a package has one or more subgroups.  Each subgroup contains one or
 133          * more cache groups (cores that share a last level cache).
 134          */
 135         TOPO_LEVEL_GROUP,
 136         TOPO_LEVEL_CACHEGROUP,
 137         TOPO_LEVEL_CORE,
 138         TOPO_LEVEL_THREAD,
 139         TOPO_LEVEL_COUNT        /* Must be last */
 140 };
 141 struct topo_analysis {
 142         int entities[TOPO_LEVEL_COUNT];
 143 };
 144 int topo_analyze(struct topo_node *topo_root, int all,
 145     struct topo_analysis *results);
 146
 147 #define TOPO_FOREACH(i, root)   \
 148         for (i = root; i != NULL; i = topo_next_node(root, i))
 149
 150 struct cpu_group *smp_topo(void);
 151 struct cpu_group *smp_topo_alloc(u_int count);
 152 struct cpu_group *smp_topo_none(void);
 153 struct cpu_group *smp_topo_1level(int l1share, int l1count, int l1flags);
 154 struct cpu_group *smp_topo_2level(int l2share, int l2count, int l1share,
 155     int l1count, int l1flags);
 156 struct cpu_group *smp_topo_find(struct cpu_group *top, int cpu);
 157
 158 extern void (*cpustop_restartfunc)(void);
 159 /* The suspend/resume cpusets are x86 only, but minimize ifdefs. */
 160 extern volatile cpuset_t resuming_cpus; /* woken up cpus in suspend pen */
 161 extern volatile cpuset_t started_cpus;  /* cpus to let out of stop pen */
 162 extern volatile cpuset_t stopped_cpus;  /* cpus in stop pen */
 163 extern volatile cpuset_t suspended_cpus; /* cpus [near] sleeping in susp pen */
 164 extern volatile cpuset_t toresume_cpus; /* cpus to let out of suspend pen */
 165 extern cpuset_t hlt_cpus_mask;          /* XXX 'mask' is detail in old impl */
 166 extern cpuset_t logical_cpus_mask;
 167 #endif /* SMP */
 168
 169 extern u_int mp_maxid;
 170 extern int mp_maxcpus;
 171 extern int mp_ncores;
 172 extern int mp_ncpus;
 173 extern int smp_cpus;
 174 extern volatile int smp_started;
 175 extern int smp_threads_per_core;
 176
 177 extern cpuset_t all_cpus;
 178 extern cpuset_t cpuset_domain[MAXMEMDOM];       /* CPUs in each NUMA domain. */
 179
 180 /*
 181  * Macro allowing us to determine whether a CPU is absent at any given
 182  * time, thus permitting us to configure sparse maps of cpuid-dependent
 183  * (per-CPU) structures.
 184  */
 185 #define CPU_ABSENT(x_cpu)       (!CPU_ISSET(x_cpu, &all_cpus))
 186
 187 /*
 188  * Macros to iterate over non-absent CPUs.  CPU_FOREACH() takes an
 189  * integer iterator and iterates over the available set of CPUs.
 190  * CPU_FIRST() returns the id of the first non-absent CPU.  CPU_NEXT()
 191  * returns the id of the next non-absent CPU.  It will wrap back to
 192  * CPU_FIRST() once the end of the list is reached.  The iterators are
 193  * currently implemented via inline functions.
 194  */
 195 #define CPU_FOREACH(i)                                                  \
 196         for ((i) = 0; (i) <= mp_maxid; (i)++)                           \
 197                 if (!CPU_ABSENT((i)))
 198
 199 static __inline int
 200 cpu_first(void)
 201 {
 202         int i;
 203
 204         for (i = 0;; i++)
 205                 if (!CPU_ABSENT(i))
 206                         return (i);
 207 }
 208
 209 static __inline int
 210 cpu_next(int i)
 211 {
 212
 213         for (;;) {
 214                 i++;
 215                 if (i > mp_maxid)
 216                         i = 0;
 217                 if (!CPU_ABSENT(i))
 218                         return (i);
 219         }
 220 }
 221
 222 #define CPU_FIRST()     cpu_first()
 223 #define CPU_NEXT(i)     cpu_next((i))
 224
 225 #ifdef SMP
 226 /*
 227  * Machine dependent functions used to initialize MP support.
 228  *
 229  * The cpu_mp_probe() should check to see if MP support is present and return
 230  * zero if it is not or non-zero if it is.  If MP support is present, then
 231  * cpu_mp_start() will be called so that MP can be enabled.  This function
 232  * should do things such as startup secondary processors.  It should also
 233  * setup mp_ncpus, all_cpus, and smp_cpus.  It should also ensure that
 234  * smp_started is initialized at the appropriate time.
 235  * Once cpu_mp_start() returns, machine independent MP startup code will be
 236  * executed and a simple message will be output to the console.  Finally,
 237  * cpu_mp_announce() will be called so that machine dependent messages about
 238  * the MP support may be output to the console if desired.
 239  *
 240  * The cpu_setmaxid() function is called very early during the boot process
 241  * so that the MD code may set mp_maxid to provide an upper bound on CPU IDs
 242  * that other subsystems may use.  If a platform is not able to determine
 243  * the exact maximum ID that early, then it may set mp_maxid to MAXCPU - 1.
 244  */
 245 struct thread;
 246
 247 struct cpu_group *cpu_topo(void);
 248 void    cpu_mp_announce(void);
 249 int     cpu_mp_probe(void);
 250 void    cpu_mp_setmaxid(void);
 251 void    cpu_mp_start(void);
 252
 253 void    forward_signal(struct thread *);
 254 int     restart_cpus(cpuset_t);
 255 int     stop_cpus(cpuset_t);
 256 int     stop_cpus_hard(cpuset_t);
 257 #if defined(__amd64__) || defined(__i386__)
 258 int     suspend_cpus(cpuset_t);
 259 int     resume_cpus(cpuset_t);
 260 #endif
 261
 262 void    smp_rendezvous_action(void);
 263 extern  struct mtx smp_ipi_mtx;
 264
 265 #endif /* SMP */
 266
 267 int     quiesce_all_cpus(const char *, int);
 268 int     quiesce_cpus(cpuset_t, const char *, int);
 269 void    quiesce_all_critical(void);
 270 void    cpus_fence_seq_cst(void);
 271 void    smp_no_rendezvous_barrier(void *);
 272 void    smp_rendezvous(void (*)(void *),
 273                        void (*)(void *),
 274                        void (*)(void *),
 275                        void *arg);
 276 void    smp_rendezvous_cpus(cpuset_t,
 277                        void (*)(void *),
 278                        void (*)(void *),
 279                        void (*)(void *),
 280                        void *arg);
 281
 282 struct smp_rendezvous_cpus_retry_arg {
 283         cpuset_t cpus;
 284 };
 285 void    smp_rendezvous_cpus_retry(cpuset_t,
 286                        void (*)(void *),
 287                        void (*)(void *),
 288                        void (*)(void *),
 289                        void (*)(void *, int),
 290                        struct smp_rendezvous_cpus_retry_arg *);
 291
 292 void    smp_rendezvous_cpus_done(struct smp_rendezvous_cpus_retry_arg *);
 293
 294 #endif /* !LOCORE */
 295 #endif /* _KERNEL */
 296 #endif /* _SYS_SMP_H_ */