]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
- Copy stable/10 (r259064) to releng/10.0 as part of the
[FreeBSD/releng/10.0.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_kdtrace.h"
43 #include "opt_sched.h"
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/kdb.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtx.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int                             dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #if defined(__powerpc__) && defined(BOOKE_E500)
81 #error "This architecture is not currently compatible with ULE"
82 #endif
83
84 #define KTR_ULE 0
85
86 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
87 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
88 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
89
90 /*
91  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
92  * by the thread lock.
93  */
94 struct td_sched {       
95         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
96         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
97         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
98         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
99         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
100         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
101         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
102         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
103         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
104         int             ts_ticks;       /* Tick count */
105 #ifdef KTR
106         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
107 #endif
108 };
109 /* flags kept in ts_flags */
110 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
111 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
112
113 static struct td_sched td_sched0;
114
115 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
116 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
117     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
118
119 /*
120  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
121  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
122  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
123  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
124  * ranges supporting nice values.
125  */
126 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
127 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
128 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
129
130 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
131 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
132 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
133 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
134
135 /*
136  * Cpu percentage computation macros and defines.
137  *
138  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
139  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
140  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
141  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
142  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
143  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
144  */
145 #define SCHED_TICK_SECS         10
146 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
147 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
148 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
149 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
150 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
151
152 /*
153  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
154  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
155  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
156  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
157  * or positive nice respectively.
158  *
159  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
160  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
161  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
162  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
163  */
164 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
165 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
166 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
167 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
168 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
169 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
170     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
171     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
172 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
173
174 /*
175  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
176  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
177  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
178  * models the intent of the thread.
179  *
180  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
181  *              before throttling back.
182  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
183  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
184  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
185  */
186 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
187 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
188 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
189 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
190 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
191
192 /*
193  * These parameters determine the slice behavior for batch work.
194  */
195 #define SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR     10      /* ~94 ms, 12 stathz ticks. */
196 #define SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR         6       /* DEFAULT/MIN = ~16 ms. */
197
198 /* Flags kept in td_flags. */
199 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
200
201 /*
202  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
203  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
204  *                      due to rounding would be unacceptably high.
205  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
206  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
207  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
208  */
209 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
210 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
211 static int realstathz = 127;    /* reset during boot. */
212 static int sched_slice = 10;    /* reset during boot. */
213 static int sched_slice_min = 1; /* reset during boot. */
214 #ifdef PREEMPTION
215 #ifdef FULL_PREEMPTION
216 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
217 #else
218 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
219 #endif
220 #else 
221 static int preempt_thresh = 0;
222 #endif
223 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
224 static int sched_idlespins = 10000;
225 static int sched_idlespinthresh = -1;
226
227 /*
228  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
229  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
230  * locking in sched_pickcpu();
231  */
232 struct tdq {
233         /* 
234          * Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch().
235          * tdq_lock is padded to avoid false sharing with tdq_load and
236          * tdq_cpu_idle.
237          */
238         struct mtx_padalign tdq_lock;           /* run queue lock. */
239         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
240         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
241         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
242         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
243         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
244         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
245         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
246         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
247         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
248         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
249         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
250         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
251         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
252         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
253         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
254 #ifdef KTR
255         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
256 #endif
257 } __aligned(64);
258
259 /* Idle thread states and config. */
260 #define TDQ_RUNNING     1
261 #define TDQ_IDLE        2
262
263 #ifdef SMP
264 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
265
266 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
267 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
268
269 /*
270  * Run-time tunables.
271  */
272 static int rebalance = 1;
273 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
274 static int affinity;
275 static int steal_idle = 1;
276 static int steal_thresh = 2;
277
278 /*
279  * One thread queue per processor.
280  */
281 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
282 static struct tdq       *balance_tdq;
283 static int balance_ticks;
284 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
285
286 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
287 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
288 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
289 #else   /* !SMP */
290 static struct tdq       tdq_cpu;
291
292 #define TDQ_ID(x)       (0)
293 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
294 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
295 #endif
296
297 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
298 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
299 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
300 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
301 #define TDQ_LOCKPTR(t)          ((struct mtx *)(&(t)->tdq_lock))
302
303 static void sched_priority(struct thread *);
304 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
305 static int sched_interact_score(struct thread *);
306 static void sched_interact_update(struct thread *);
307 static void sched_interact_fork(struct thread *);
308 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
309
310 /* Operations on per processor queues */
311 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
312 static void tdq_setup(struct tdq *);
313 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
314 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
315 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
316 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
317 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
318 void tdq_print(int cpu);
319 static void runq_print(struct runq *rq);
320 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
321 #ifdef SMP
322 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
323 static int tdq_idled(struct tdq *);
324 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
325 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
326 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
327 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
328 static void sched_balance(void);
329 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
330 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
331 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
332 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
333 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
334 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
335     struct cpu_group *cg, int indent);
336 #endif
337
338 static void sched_setup(void *dummy);
339 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
340
341 static void sched_initticks(void *dummy);
342 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
343     NULL);
344
345 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
346
347 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change_pri, change-pri, "struct thread *", 
348     "struct proc *", "uint8_t");
349 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, dequeue, "struct thread *", 
350     "struct proc *", "void *");
351 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, enqueue, "struct thread *", 
352     "struct proc *", "void *", "int");
353 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend_pri, lend-pri, "struct thread *", 
354     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
355 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load_change, load-change, "int", "int");
356 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off_cpu, off-cpu, "struct thread *", 
357     "struct proc *");
358 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on_cpu, on-cpu);
359 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain_cpu, remain-cpu);
360 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, surrender, "struct thread *", 
361     "struct proc *");
362
363 /*
364  * Print the threads waiting on a run-queue.
365  */
366 static void
367 runq_print(struct runq *rq)
368 {
369         struct rqhead *rqh;
370         struct thread *td;
371         int pri;
372         int j;
373         int i;
374
375         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
376                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
377                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
378                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
379                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
380                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
381                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
382                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
383                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
384                                             td, td->td_name, td->td_priority,
385                                             td->td_rqindex, pri);
386                                 }
387                         }
388         }
389 }
390
391 /*
392  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
393  */
394 void
395 tdq_print(int cpu)
396 {
397         struct tdq *tdq;
398
399         tdq = TDQ_CPU(cpu);
400
401         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
402         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
403         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
404         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
405         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
406         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
407         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
408         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
409         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
410         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
411         printf("\trealtime runq:\n");
412         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
413         printf("\ttimeshare runq:\n");
414         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
415         printf("\tidle runq:\n");
416         runq_print(&tdq->tdq_idle);
417 }
418
419 static inline int
420 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
421 {
422         /*
423          * If the new priority is not better than the current priority there is
424          * nothing to do.
425          */
426         if (pri >= cpri)
427                 return (0);
428         /*
429          * Always preempt idle.
430          */
431         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
432                 return (1);
433         /*
434          * If preemption is disabled don't preempt others.
435          */
436         if (preempt_thresh == 0)
437                 return (0);
438         /*
439          * Preempt if we exceed the threshold.
440          */
441         if (pri <= preempt_thresh)
442                 return (1);
443         /*
444          * If we're interactive or better and there is non-interactive
445          * or worse running preempt only remote processors.
446          */
447         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
448                 return (1);
449         return (0);
450 }
451
452 /*
453  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
454  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
455  * queue position for timeshare threads.
456  */
457 static __inline void
458 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
459 {
460         struct td_sched *ts;
461         u_char pri;
462
463         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
464         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
465
466         pri = td->td_priority;
467         ts = td->td_sched;
468         TD_SET_RUNQ(td);
469         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
470                 tdq->tdq_transferable++;
471                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
472         }
473         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
474                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
475         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
476                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
477                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
478                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
479                 /*
480                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
481                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
482                  */
483                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
484                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
485                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
486                         /*
487                          * This effectively shortens the queue by one so we
488                          * can have a one slot difference between idx and
489                          * ridx while we wait for threads to drain.
490                          */
491                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
492                             pri == tdq->tdq_ridx)
493                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
494                 } else
495                         pri = tdq->tdq_ridx;
496                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
497                 return;
498         } else
499                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
500         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
501 }
502
503 /* 
504  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
505  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
506  * transferable count does not reflect them.
507  */
508 static __inline void
509 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
510 {
511         struct td_sched *ts;
512
513         ts = td->td_sched;
514         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
515         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
516             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
517         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
518                 tdq->tdq_transferable--;
519                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
520         }
521         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
522                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
523                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
524                 else
525                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
526         } else
527                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
528 }
529
530 /*
531  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
532  * for this thread to the referenced thread queue.
533  */
534 static void
535 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
536 {
537
538         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
539         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
540
541         tdq->tdq_load++;
542         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
543                 tdq->tdq_sysload++;
544         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
545         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
546 }
547
548 /*
549  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
550  * exiting.
551  */
552 static void
553 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
554 {
555
556         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
557         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
558         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
559             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
560
561         tdq->tdq_load--;
562         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
563                 tdq->tdq_sysload--;
564         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
565         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
566 }
567
568 /*
569  * Bound timeshare latency by decreasing slice size as load increases.  We
570  * consider the maximum latency as the sum of the threads waiting to run
571  * aside from curthread and target no more than sched_slice latency but
572  * no less than sched_slice_min runtime.
573  */
574 static inline int
575 tdq_slice(struct tdq *tdq)
576 {
577         int load;
578
579         /*
580          * It is safe to use sys_load here because this is called from
581          * contexts where timeshare threads are running and so there
582          * cannot be higher priority load in the system.
583          */
584         load = tdq->tdq_sysload - 1;
585         if (load >= SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR)
586                 return (sched_slice_min);
587         if (load <= 1)
588                 return (sched_slice);
589         return (sched_slice / load);
590 }
591
592 /*
593  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
594  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
595  */
596 static void
597 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
598 {
599         struct thread *td;
600
601         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
602         if (ctd == NULL)
603                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
604         td = tdq_choose(tdq);
605         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
606                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
607         else
608                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
609 }
610
611 #ifdef SMP
612 struct cpu_search {
613         cpuset_t cs_mask;
614         u_int   cs_prefer;
615         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
616         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
617         int     cs_cpu;
618         int     cs_load;
619 };
620
621 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
622 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
623 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
624
625 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
626         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
627                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
628
629 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
630     struct cpu_search *high, const int match);
631 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
632 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
633 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
634     struct cpu_search *high);
635
636 /*
637  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
638  * according to the match argument.  This routine actually compares the
639  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
640  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
641  * the system.  This balances work among caches and busses.
642  *
643  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
644  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
645  * also recursive to the depth of the tree.
646  */
647 static __inline int
648 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
649     struct cpu_search *high, const int match)
650 {
651         struct cpu_search lgroup;
652         struct cpu_search hgroup;
653         cpuset_t cpumask;
654         struct cpu_group *child;
655         struct tdq *tdq;
656         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
657
658         total = 0;
659         cpumask = cg->cg_mask;
660         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
661                 lload = INT_MAX;
662                 lgroup = *low;
663         }
664         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
665                 hload = INT_MIN;
666                 hgroup = *high;
667         }
668
669         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
670         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; ; ) {
671                 if (i == 0) {
672 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
673                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
674 #else
675                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
676                                 cpu--;
677 #endif
678                         if (cpu < 0)
679                                 break;
680                         child = NULL;
681                 } else
682                         child = &cg->cg_child[i - 1];
683
684                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
685                         lgroup.cs_cpu = -1;
686                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
687                         hgroup.cs_cpu = -1;
688                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
689                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
690                         switch (match) {
691                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
692                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
693                                 break;
694                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
695                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
696                                 break;
697                         case CPU_SEARCH_BOTH:
698                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
699                                 break;
700                         }
701                 } else {                        /* Handle child CPU. */
702                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
703                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
704                         load = tdq->tdq_load * 256;
705                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
706                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
707                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
708                                 if (cpu == low->cs_prefer)
709                                         load -= 64;
710                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
711                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
712                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
713                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
714                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
715                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
716                                 }
717                         }
718                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
719                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
720                                     tdq->tdq_transferable &&
721                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
722                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
723                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
724                                 }
725                 }
726                 total += load;
727
728                 /* We have info about child item. Compare it. */
729                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
730                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
731                             (load < lload ||
732                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
733                                 lload = load;
734                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
735                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
736                         }
737                 }
738                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
739                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
740                             (load > hload ||
741                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
742                                 hload = load;
743                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
744                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
745                         }
746                 if (child) {
747                         i--;
748                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
749                                 break;
750                 }
751 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
752                 else
753                         cpu--;
754 #endif
755         }
756         return (total);
757 }
758
759 /*
760  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
761  * optimization.
762  */
763 int
764 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
765 {
766         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
767 }
768
769 int
770 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
771 {
772         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
773 }
774
775 int
776 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
777     struct cpu_search *high)
778 {
779         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
780 }
781
782 /*
783  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
784  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
785  * acceptable.
786  */
787 static inline int
788 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
789     int prefer)
790 {
791         struct cpu_search low;
792
793         low.cs_cpu = -1;
794         low.cs_prefer = prefer;
795         low.cs_mask = mask;
796         low.cs_pri = pri;
797         low.cs_limit = maxload;
798         cpu_search_lowest(cg, &low);
799         return low.cs_cpu;
800 }
801
802 /*
803  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
804  */
805 static inline int
806 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
807 {
808         struct cpu_search high;
809
810         high.cs_cpu = -1;
811         high.cs_mask = mask;
812         high.cs_limit = minload;
813         cpu_search_highest(cg, &high);
814         return high.cs_cpu;
815 }
816
817 /*
818  * Simultaneously find the highest and lowest loaded cpu reachable via
819  * cg.
820  */
821 static inline void
822 sched_both(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int *lowcpu, int *highcpu)
823 {
824         struct cpu_search high;
825         struct cpu_search low;
826
827         low.cs_cpu = -1;
828         low.cs_prefer = -1;
829         low.cs_pri = -1;
830         low.cs_limit = INT_MAX;
831         low.cs_mask = mask;
832         high.cs_cpu = -1;
833         high.cs_limit = -1;
834         high.cs_mask = mask;
835         cpu_search_both(cg, &low, &high);
836         *lowcpu = low.cs_cpu;
837         *highcpu = high.cs_cpu;
838         return;
839 }
840
841 static void
842 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
843 {
844         cpuset_t hmask, lmask;
845         int high, low, anylow;
846
847         CPU_FILL(&hmask);
848         for (;;) {
849                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
850                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
851                 if (high == -1)
852                         break;
853                 CPU_CLR(high, &hmask);
854                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
855                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
856                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
857                         break;
858                 anylow = 1;
859 nextlow:
860                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
861                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
862                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
863                 if (anylow && low == -1)
864                         break;
865                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
866                 if (low == -1)
867                         continue;
868                 /* Transfer thread from high to low. */
869                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
870                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
871                         CPU_CLR(low, &hmask);
872                 } else {
873                         /*
874                          * If failed, then there is no threads on high
875                          * that can run on this low. Drop low from low
876                          * mask and look for different one.
877                          */
878                         CPU_CLR(low, &lmask);
879                         anylow = 0;
880                         goto nextlow;
881                 }
882         }
883 }
884
885 static void
886 sched_balance(void)
887 {
888         struct tdq *tdq;
889
890         /*
891          * Select a random time between .5 * balance_interval and
892          * 1.5 * balance_interval.
893          */
894         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
895         balance_ticks += random() % balance_interval;
896         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
897                 return;
898         tdq = TDQ_SELF();
899         TDQ_UNLOCK(tdq);
900         sched_balance_group(cpu_top);
901         TDQ_LOCK(tdq);
902 }
903
904 /*
905  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
906  */
907 static void
908 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
909 {
910         if (one < two) {
911                 TDQ_LOCK(one);
912                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
913         } else {
914                 TDQ_LOCK(two);
915                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
916         }
917 }
918
919 /*
920  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
921  */
922 static void
923 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
924 {
925         TDQ_UNLOCK(one);
926         TDQ_UNLOCK(two);
927 }
928
929 /*
930  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
931  */
932 static int
933 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
934 {
935         int moved;
936         int cpu;
937
938         tdq_lock_pair(high, low);
939         moved = 0;
940         /*
941          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
942          * threads we actually have to give up (transferable).
943          */
944         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
945             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
946                 /*
947                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
948                  * reschedule with the new workload.
949                  */
950                 cpu = TDQ_ID(low);
951                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
952                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
953         }
954         tdq_unlock_pair(high, low);
955         return (moved);
956 }
957
958 /*
959  * Move a thread from one thread queue to another.
960  */
961 static int
962 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
963 {
964         struct td_sched *ts;
965         struct thread *td;
966         struct tdq *tdq;
967         int cpu;
968
969         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
970         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
971
972         tdq = from;
973         cpu = TDQ_ID(to);
974         td = tdq_steal(tdq, cpu);
975         if (td == NULL)
976                 return (0);
977         ts = td->td_sched;
978         /*
979          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
980          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
981          */
982         thread_lock(td);
983         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
984         TDQ_UNLOCK(from);
985         sched_rem(td);
986         ts->ts_cpu = cpu;
987         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
988         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
989         return (1);
990 }
991
992 /*
993  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
994  * to it.
995  */
996 static int
997 tdq_idled(struct tdq *tdq)
998 {
999         struct cpu_group *cg;
1000         struct tdq *steal;
1001         cpuset_t mask;
1002         int thresh;
1003         int cpu;
1004
1005         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
1006                 return (1);
1007         CPU_FILL(&mask);
1008         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
1009         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
1010         spinlock_enter();
1011         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
1012                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
1013                         thresh = steal_thresh;
1014                 else
1015                         thresh = 1;
1016                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
1017                 if (cpu == -1) {
1018                         cg = cg->cg_parent;
1019                         continue;
1020                 }
1021                 steal = TDQ_CPU(cpu);
1022                 CPU_CLR(cpu, &mask);
1023                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
1024                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
1025                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1026                         continue;
1027                 }
1028                 /*
1029                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
1030                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
1031                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
1032                  * set.
1033                  */
1034                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
1035                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
1036                         continue;
1037                 }
1038                 spinlock_exit();
1039                 TDQ_UNLOCK(steal);
1040                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1041                 thread_unlock(curthread);
1042
1043                 return (0);
1044         }
1045         spinlock_exit();
1046         return (1);
1047 }
1048
1049 /*
1050  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1051  */
1052 static void
1053 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1054 {
1055         struct thread *ctd;
1056         int pri;
1057         int cpu;
1058
1059         if (tdq->tdq_ipipending)
1060                 return;
1061         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1062         pri = td->td_priority;
1063         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1064         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1065                 return;
1066         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1067                 /*
1068                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1069                  * falling back to IPI.
1070                  */
1071                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1072                         return;
1073         }
1074         tdq->tdq_ipipending = 1;
1075         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1076 }
1077
1078 /*
1079  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1080  * index.
1081  */
1082 static struct thread *
1083 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1084 {
1085         struct rqbits *rqb;
1086         struct rqhead *rqh;
1087         struct thread *td, *first;
1088         int bit;
1089         int pri;
1090         int i;
1091
1092         rqb = &rq->rq_status;
1093         bit = start & (RQB_BPW -1);
1094         pri = 0;
1095         first = NULL;
1096 again:
1097         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1098                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1099                         continue;
1100                 if (bit != 0) {
1101                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1102                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1103                                         break;
1104                         if (pri >= RQB_BPW)
1105                                 continue;
1106                 } else
1107                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1108                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1109                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1110                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1111                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1112                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1113                                 return (td);
1114                         first = td;
1115                 }
1116         }
1117         if (start != 0) {
1118                 start = 0;
1119                 goto again;
1120         }
1121
1122         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1123             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1124                 return (first);
1125         return (NULL);
1126 }
1127
1128 /*
1129  * Steals load from a standard linear queue.
1130  */
1131 static struct thread *
1132 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1133 {
1134         struct rqhead *rqh;
1135         struct rqbits *rqb;
1136         struct thread *td;
1137         int word;
1138         int bit;
1139
1140         rqb = &rq->rq_status;
1141         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1142                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1143                         continue;
1144                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1145                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1146                                 continue;
1147                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1148                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1149                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1150                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1151                                         return (td);
1152                 }
1153         }
1154         return (NULL);
1155 }
1156
1157 /*
1158  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1159  */
1160 static struct thread *
1161 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1162 {
1163         struct thread *td;
1164
1165         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1166         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1167                 return (td);
1168         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1169             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1170                 return (td);
1171         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1176  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1177  */
1178 static inline struct tdq *
1179 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1180 {
1181
1182         struct tdq *tdq;
1183
1184         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1185         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1186         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1187         /*
1188          * If the lock matches just return the queue.
1189          */
1190         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1191                 return (tdq);
1192 #ifdef notyet
1193         /*
1194          * If the thread isn't running its lockptr is a
1195          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1196          * blocking.
1197          */
1198         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1199                 TDQ_LOCK(tdq);
1200                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1201                 return (tdq);
1202         }
1203 #endif
1204         /*
1205          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1206          * prevent order reversals with other cpus locks.
1207          */
1208         spinlock_enter();
1209         thread_lock_block(td);
1210         TDQ_LOCK(tdq);
1211         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1212         spinlock_exit();
1213         return (tdq);
1214 }
1215
1216 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1217 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1218 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1219 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1220 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1221 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1222
1223 static int
1224 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1225 {
1226         struct cpu_group *cg, *ccg;
1227         struct td_sched *ts;
1228         struct tdq *tdq;
1229         cpuset_t mask;
1230         int cpu, pri, self;
1231
1232         self = PCPU_GET(cpuid);
1233         ts = td->td_sched;
1234         if (smp_started == 0)
1235                 return (self);
1236         /*
1237          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1238          */
1239         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1240                 return (ts->ts_cpu);
1241         /*
1242          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1243          * the interrupt.
1244          */
1245         pri = td->td_priority;
1246         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1247             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1248                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1249                 ts->ts_cpu = self;
1250                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1251                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1252                         return (ts->ts_cpu);
1253                 }
1254         }
1255         /*
1256          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1257          * expired or it is idle run it there.
1258          */
1259         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1260         cg = tdq->tdq_cg;
1261         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1262             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1263             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1264                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1265                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1266                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1267                                         break;
1268                         }
1269                 } else
1270                         cpu = INT_MAX;
1271                 if (cpu > mp_maxid) {
1272                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1273                         return (ts->ts_cpu);
1274                 }
1275         }
1276         /*
1277          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1278          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1279          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1280          */
1281         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1282                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1283                         continue;
1284                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1285                         continue;
1286                 ccg = cg;
1287         }
1288         if (ccg != NULL)
1289                 cg = ccg;
1290         cpu = -1;
1291         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1292         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1293         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1294             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1295                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1296                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1297         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1298         if (cpu == -1)
1299                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1300         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1301         if (cpu == -1)
1302                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1303         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1304         /*
1305          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1306          */
1307         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1308             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1309             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1310                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1311                 cpu = self;
1312         } else
1313                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1314         if (cpu != ts->ts_cpu)
1315                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1316         return (cpu);
1317 }
1318 #endif
1319
1320 /*
1321  * Pick the highest priority task we have and return it.
1322  */
1323 static struct thread *
1324 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1325 {
1326         struct thread *td;
1327
1328         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1329         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1330         if (td != NULL)
1331                 return (td);
1332         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1333         if (td != NULL) {
1334                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1335                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1336                     td->td_priority));
1337                 return (td);
1338         }
1339         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1340         if (td != NULL) {
1341                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1342                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1343                     td->td_priority));
1344                 return (td);
1345         }
1346
1347         return (NULL);
1348 }
1349
1350 /*
1351  * Initialize a thread queue.
1352  */
1353 static void
1354 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1355 {
1356
1357         if (bootverbose)
1358                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1359         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1360         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1361         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1362         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1363             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1364         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1365             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1366 #ifdef KTR
1367         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1368             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1369 #endif
1370 }
1371
1372 #ifdef SMP
1373 static void
1374 sched_setup_smp(void)
1375 {
1376         struct tdq *tdq;
1377         int i;
1378
1379         cpu_top = smp_topo();
1380         CPU_FOREACH(i) {
1381                 tdq = TDQ_CPU(i);
1382                 tdq_setup(tdq);
1383                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1384                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1385                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1386         }
1387         balance_tdq = TDQ_SELF();
1388         sched_balance();
1389 }
1390 #endif
1391
1392 /*
1393  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1394  * information.
1395  */
1396 static void
1397 sched_setup(void *dummy)
1398 {
1399         struct tdq *tdq;
1400
1401         tdq = TDQ_SELF();
1402 #ifdef SMP
1403         sched_setup_smp();
1404 #else
1405         tdq_setup(tdq);
1406 #endif
1407
1408         /* Add thread0's load since it's running. */
1409         TDQ_LOCK(tdq);
1410         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1411         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1412         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1413         TDQ_UNLOCK(tdq);
1414 }
1415
1416 /*
1417  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1418  */
1419 /* ARGSUSED */
1420 static void
1421 sched_initticks(void *dummy)
1422 {
1423         int incr;
1424
1425         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1426         sched_slice = realstathz / SCHED_SLICE_DEFAULT_DIVISOR;
1427         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
1428         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1429             realstathz);
1430
1431         /*
1432          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1433          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1434          */
1435         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1436         /*
1437          * This does not work for values of stathz that are more than
1438          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1439          */
1440         if (incr == 0)
1441                 incr = 1;
1442         tickincr = incr;
1443 #ifdef SMP
1444         /*
1445          * Set the default balance interval now that we know
1446          * what realstathz is.
1447          */
1448         balance_interval = realstathz;
1449         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1450 #endif
1451         if (sched_idlespinthresh < 0)
1452                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1453 }
1454
1455
1456 /*
1457  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1458  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1459  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1460  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1461  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1462  */
1463 static int
1464 sched_interact_score(struct thread *td)
1465 {
1466         struct td_sched *ts;
1467         int div;
1468
1469         ts = td->td_sched;
1470         /*
1471          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1472          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1473          * no chance.
1474          */
1475         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1476                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1477                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1478
1479         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1480                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1481                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1482                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1483         }
1484         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1485                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1486                 return (ts->ts_runtime / div);
1487         }
1488         /* runtime == slptime */
1489         if (ts->ts_runtime)
1490                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1491
1492         /*
1493          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1494          */
1495         return (0);
1496
1497 }
1498
1499 /*
1500  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1501  * process.
1502  */
1503 static void
1504 sched_priority(struct thread *td)
1505 {
1506         int score;
1507         int pri;
1508
1509         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1510                 return;
1511         /*
1512          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1513          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1514          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1515          *
1516          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1517          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1518          * utilization and the rest is decided by nice value.
1519          *
1520          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1521          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1522          * considered interactive.
1523          */
1524         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1525         if (score < sched_interact) {
1526                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1527                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1528                     sched_interact) * score;
1529                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1530                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1531                     pri, score));
1532         } else {
1533                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1534                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1535                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1536                             SCHED_PRI_RANGE);
1537                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1538                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1539                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1540                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1541                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1542                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1543                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1544         }
1545         sched_user_prio(td, pri);
1546
1547         return;
1548 }
1549
1550 /*
1551  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1552  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1553  * function is ugly due to integer math.
1554  */
1555 static void
1556 sched_interact_update(struct thread *td)
1557 {
1558         struct td_sched *ts;
1559         u_int sum;
1560
1561         ts = td->td_sched;
1562         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1563         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1564                 return;
1565         /*
1566          * This only happens from two places:
1567          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1568          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1569          */
1570         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1571                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1572                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1573                         ts->ts_slptime = 1;
1574                 } else {
1575                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1576                         ts->ts_runtime = 1;
1577                 }
1578                 return;
1579         }
1580         /*
1581          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1582          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1583          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1584          */
1585         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1586                 ts->ts_runtime /= 2;
1587                 ts->ts_slptime /= 2;
1588                 return;
1589         }
1590         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1591         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1592 }
1593
1594 /*
1595  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1596  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1597  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1598  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1599  */
1600 static void
1601 sched_interact_fork(struct thread *td)
1602 {
1603         int ratio;
1604         int sum;
1605
1606         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1607         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1608                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1609                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1610                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1611         }
1612 }
1613
1614 /*
1615  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1616  */
1617 void
1618 schedinit(void)
1619 {
1620
1621         /*
1622          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1623          */
1624         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1625         thread0.td_sched = &td_sched0;
1626         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1627         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1628         td_sched0.ts_slice = 0;
1629 }
1630
1631 /*
1632  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1633  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1634  * at most sched_slice stathz ticks.
1635  */
1636 int
1637 sched_rr_interval(void)
1638 {
1639
1640         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1641         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1642 }
1643
1644 /*
1645  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1646  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1647  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1648  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1649  */
1650 static void
1651 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1652 {
1653         int t = ticks;
1654
1655         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1656                 ts->ts_ticks = 0;
1657                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1658         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1659                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1660                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1661                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1662         }
1663         if (run)
1664                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1665         ts->ts_ltick = t;
1666 }
1667
1668 /*
1669  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1670  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1671  * functions.
1672  */
1673 static void
1674 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1675 {
1676         struct td_sched *ts;
1677         struct tdq *tdq;
1678         int oldpri;
1679
1680         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1681             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1682             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1683         SDT_PROBE3(sched, , , change_pri, td, td->td_proc, prio);
1684         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1685                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1686                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1687                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1688                 SDT_PROBE4(sched, , , lend_pri, td, td->td_proc, prio, 
1689                     curthread);
1690         } 
1691         ts = td->td_sched;
1692         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1693         if (td->td_priority == prio)
1694                 return;
1695         /*
1696          * If the priority has been elevated due to priority
1697          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1698          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1699          * cases.
1700          */
1701         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1702                 sched_rem(td);
1703                 td->td_priority = prio;
1704                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1705                 return;
1706         }
1707         /*
1708          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1709          * information so other cpus are aware of our current priority.
1710          */
1711         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1712                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1713                 oldpri = td->td_priority;
1714                 td->td_priority = prio;
1715                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1716                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1717                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1718                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1719                 return;
1720         }
1721         td->td_priority = prio;
1722 }
1723
1724 /*
1725  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1726  * priority.
1727  */
1728 void
1729 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1730 {
1731
1732         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1733         sched_thread_priority(td, prio);
1734 }
1735
1736 /*
1737  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1738  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1739  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1740  * requests.  If the thread's regular priority is less
1741  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1742  * of prio.
1743  */
1744 void
1745 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1746 {
1747         u_char base_pri;
1748
1749         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1750             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1751                 base_pri = td->td_user_pri;
1752         else
1753                 base_pri = td->td_base_pri;
1754         if (prio >= base_pri) {
1755                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1756                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1757         } else
1758                 sched_lend_prio(td, prio);
1759 }
1760
1761 /*
1762  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1763  */
1764 void
1765 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1766 {
1767         u_char oldprio;
1768
1769         /* First, update the base priority. */
1770         td->td_base_pri = prio;
1771
1772         /*
1773          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1774          * ever lower the priority.
1775          */
1776         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1777                 return;
1778
1779         /* Change the real priority. */
1780         oldprio = td->td_priority;
1781         sched_thread_priority(td, prio);
1782
1783         /*
1784          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1785          * its state.
1786          */
1787         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1788                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1789 }
1790
1791 /*
1792  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1793  */
1794 void
1795 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1796 {
1797
1798         td->td_base_user_pri = prio;
1799         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1800                 return;
1801         td->td_user_pri = prio;
1802 }
1803
1804 void
1805 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1806 {
1807
1808         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1809         td->td_lend_user_pri = prio;
1810         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1811         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1812                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1813         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1814                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1815 }
1816
1817 /*
1818  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1819  * cpu binding.
1820  */
1821 static struct mtx *
1822 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1823 {
1824         struct tdq *tdn;
1825
1826         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1827 #ifdef SMP
1828         tdq_load_rem(tdq, td);
1829         /*
1830          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1831          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1832          * not holding either run-queue lock.
1833          */
1834         spinlock_enter();
1835         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1836
1837         /*
1838          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1839          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1840          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1841          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1842          * question while the target processor is spinning with its own
1843          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1844          */
1845         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1846         tdq_add(tdn, td, flags);
1847         tdq_notify(tdn, td);
1848         TDQ_UNLOCK(tdn);
1849         spinlock_exit();
1850 #endif
1851         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1852 }
1853
1854 /*
1855  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1856  * is blocked.
1857  */
1858 static inline void
1859 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1860 {
1861         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1862             (uintptr_t)mtx);
1863 }
1864
1865 /*
1866  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1867  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1868  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1869  * be assigned elsewhere via binding.
1870  */
1871 void
1872 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1873 {
1874         struct tdq *tdq;
1875         struct td_sched *ts;
1876         struct mtx *mtx;
1877         int srqflag;
1878         int cpuid, preempted;
1879
1880         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1881         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1882
1883         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1884         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1885         ts = td->td_sched;
1886         mtx = td->td_lock;
1887         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1888         ts->ts_rltick = ticks;
1889         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1890         td->td_oncpu = NOCPU;
1891         preempted = !(td->td_flags & TDF_SLICEEND);
1892         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1893         td->td_owepreempt = 0;
1894         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1895                 tdq->tdq_switchcnt++;
1896         /*
1897          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1898          * to CAN_RUN as well.
1899          */
1900         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1901                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1902                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1903         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1904                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1905                 srqflag = preempted ?
1906                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1907                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1908 #ifdef SMP
1909                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1910                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1911 #endif
1912                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1913                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1914                 else {
1915                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1916                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1917                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1918                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1919                 }
1920         } else {
1921                 /* This thread must be going to sleep. */
1922                 TDQ_LOCK(tdq);
1923                 mtx = thread_lock_block(td);
1924                 tdq_load_rem(tdq, td);
1925         }
1926         /*
1927          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1928          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1929          * thread-queue locked.
1930          */
1931         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1932         newtd = choosethread();
1933         /*
1934          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1935          */
1936         if (td != newtd) {
1937 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1938                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1939                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1940 #endif
1941                 SDT_PROBE2(sched, , , off_cpu, newtd, newtd->td_proc);
1942                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1943                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1944                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1945
1946 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1947                 /*
1948                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1949                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1950                  * function to call.
1951                  */
1952                 if (dtrace_vtime_active)
1953                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1954 #endif
1955
1956                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1957                 /*
1958                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1959                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1960                  * run queue lock.
1961                  */
1962                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1963                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1964                 lock_profile_obtain_lock_success(
1965                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1966
1967                 SDT_PROBE0(sched, , , on_cpu);
1968 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1969                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1970                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1971 #endif
1972         } else {
1973                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1974                 SDT_PROBE0(sched, , , remain_cpu);
1975         }
1976         /*
1977          * Assert that all went well and return.
1978          */
1979         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1980         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1981         td->td_oncpu = cpuid;
1982 }
1983
1984 /*
1985  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1986  */
1987 void
1988 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1989 {
1990         struct thread *td;
1991
1992         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1993
1994         p->p_nice = nice;
1995         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1996                 thread_lock(td);
1997                 sched_priority(td);
1998                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1999                 thread_unlock(td);
2000         }
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
2005  */
2006 void
2007 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
2008 {
2009
2010         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2011
2012         td->td_slptick = ticks;
2013         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
2014                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
2015         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
2016                 return;
2017         if (static_boost == 1 && prio)
2018                 sched_prio(td, prio);
2019         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
2020                 sched_prio(td, static_boost);
2021 }
2022
2023 /*
2024  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
2025  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
2026  */
2027 void
2028 sched_wakeup(struct thread *td)
2029 {
2030         struct td_sched *ts;
2031         int slptick;
2032
2033         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2034         ts = td->td_sched;
2035         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2036         /*
2037          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2038          * priority.
2039          */
2040         slptick = td->td_slptick;
2041         td->td_slptick = 0;
2042         if (slptick && slptick != ticks) {
2043                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2044                 sched_interact_update(td);
2045                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2046         }
2047         /*
2048          * Reset the slice value since we slept and advanced the round-robin.
2049          */
2050         ts->ts_slice = 0;
2051         sched_add(td, SRQ_BORING);
2052 }
2053
2054 /*
2055  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2056  * priority.
2057  */
2058 void
2059 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2060 {
2061         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2062         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2063         sched_fork_thread(td, child);
2064         /*
2065          * Penalize the parent and child for forking.
2066          */
2067         sched_interact_fork(child);
2068         sched_priority(child);
2069         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2070         sched_interact_update(td);
2071         sched_priority(td);
2072 }
2073
2074 /*
2075  * Fork a new thread, may be within the same process.
2076  */
2077 void
2078 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2079 {
2080         struct td_sched *ts;
2081         struct td_sched *ts2;
2082         struct tdq *tdq;
2083
2084         tdq = TDQ_SELF();
2085         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2086         /*
2087          * Initialize child.
2088          */
2089         ts = td->td_sched;
2090         ts2 = child->td_sched;
2091         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2092         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2093         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2094         ts2->ts_flags = 0;
2095         /*
2096          * Grab our parents cpu estimation information.
2097          */
2098         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2099         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2100         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2101         /*
2102          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2103          */
2104         child->td_priority = child->td_base_pri;
2105         /*
2106          * And update interactivity score.
2107          */
2108         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2109         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2110         /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2111         ts2->ts_slice = tdq_slice(tdq) - sched_slice_min;
2112 #ifdef KTR
2113         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2114 #endif
2115 }
2116
2117 /*
2118  * Adjust the priority class of a thread.
2119  */
2120 void
2121 sched_class(struct thread *td, int class)
2122 {
2123
2124         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2125         if (td->td_pri_class == class)
2126                 return;
2127         td->td_pri_class = class;
2128 }
2129
2130 /*
2131  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2132  */
2133 void
2134 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2135 {
2136         struct thread *td;
2137
2138         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2139             "prio:%d", child->td_priority);
2140         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2141         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2142         sched_exit_thread(td, child);
2143 }
2144
2145 /*
2146  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2147  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2148  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2149  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2150  */
2151 void
2152 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2153 {
2154
2155         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2156             "prio:%d", child->td_priority);
2157         /*
2158          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2159          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2160          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2161          */
2162         thread_lock(td);
2163         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2164         sched_interact_update(td);
2165         sched_priority(td);
2166         thread_unlock(td);
2167 }
2168
2169 void
2170 sched_preempt(struct thread *td)
2171 {
2172         struct tdq *tdq;
2173
2174         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2175
2176         thread_lock(td);
2177         tdq = TDQ_SELF();
2178         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2179         tdq->tdq_ipipending = 0;
2180         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2181                 int flags;
2182
2183                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2184                 if (td->td_critnest > 1)
2185                         td->td_owepreempt = 1;
2186                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2187                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2188                 else
2189                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2190         }
2191         thread_unlock(td);
2192 }
2193
2194 /*
2195  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2196  * to static priorities in msleep() or similar.
2197  */
2198 void
2199 sched_userret(struct thread *td)
2200 {
2201         /*
2202          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2203          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2204          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2205          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2206          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2207          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2208          * it perfectly here.
2209          */
2210         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2211             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2212         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2213                 thread_lock(td);
2214                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2215                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2216                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2217                 thread_unlock(td);
2218         }
2219 }
2220
2221 /*
2222  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2223  * threads.
2224  */
2225 void
2226 sched_clock(struct thread *td)
2227 {
2228         struct tdq *tdq;
2229         struct td_sched *ts;
2230
2231         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2232         tdq = TDQ_SELF();
2233 #ifdef SMP
2234         /*
2235          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2236          */
2237         if (balance_tdq == tdq) {
2238                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2239                         sched_balance();
2240         }
2241 #endif
2242         /*
2243          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2244          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2245          * If there is some activity seed it to reflect that.
2246          */
2247         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2248         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2249         /*
2250          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2251          * threads get a chance to run.
2252          */
2253         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2254                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2255                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2256                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2257         }
2258         ts = td->td_sched;
2259         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2260         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2261                 return;
2262         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2263                 /*
2264                  * We used a tick; charge it to the thread so
2265                  * that we can compute our interactivity.
2266                  */
2267                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2268                 sched_interact_update(td);
2269                 sched_priority(td);
2270         }
2271
2272         /*
2273          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2274          * time slice (default is 100ms).
2275          */
2276         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && ++ts->ts_slice >= tdq_slice(tdq)) {
2277                 ts->ts_slice = 0;
2278                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2279         }
2280 }
2281
2282 /*
2283  * Called once per hz tick.
2284  */
2285 void
2286 sched_tick(int cnt)
2287 {
2288
2289 }
2290
2291 /*
2292  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2293  * cooperative idle threads.
2294  */
2295 int
2296 sched_runnable(void)
2297 {
2298         struct tdq *tdq;
2299         int load;
2300
2301         load = 1;
2302
2303         tdq = TDQ_SELF();
2304         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2305                 if (tdq->tdq_load > 0)
2306                         goto out;
2307         } else
2308                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2309                         goto out;
2310         load = 0;
2311 out:
2312         return (load);
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2317  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2318  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2319  */
2320 struct thread *
2321 sched_choose(void)
2322 {
2323         struct thread *td;
2324         struct tdq *tdq;
2325
2326         tdq = TDQ_SELF();
2327         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2328         td = tdq_choose(tdq);
2329         if (td) {
2330                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2331                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2332                 return (td);
2333         }
2334         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2335         return (PCPU_GET(idlethread));
2336 }
2337
2338 /*
2339  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2340  * we always request it once we exit a critical section.
2341  */
2342 static inline void
2343 sched_setpreempt(struct thread *td)
2344 {
2345         struct thread *ctd;
2346         int cpri;
2347         int pri;
2348
2349         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2350
2351         ctd = curthread;
2352         pri = td->td_priority;
2353         cpri = ctd->td_priority;
2354         if (pri < cpri)
2355                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2356         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2357                 return;
2358         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2359                 return;
2360         ctd->td_owepreempt = 1;
2361 }
2362
2363 /*
2364  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2365  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2366  * predetermined.
2367  */
2368 void
2369 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2370 {
2371
2372         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2373         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2374             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2375         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2376             ("sched_add: bad thread state"));
2377         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2378             ("sched_add: thread swapped out"));
2379
2380         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2381                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2382         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2383         tdq_load_add(tdq, td);
2384 }
2385
2386 /*
2387  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2388  * preemption or IPI a remote processor if required.
2389  */
2390 void
2391 sched_add(struct thread *td, int flags)
2392 {
2393         struct tdq *tdq;
2394 #ifdef SMP
2395         int cpu;
2396 #endif
2397
2398         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2399             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2400             sched_tdname(curthread));
2401         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2402             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2403         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2404             flags & SRQ_PREEMPTED);
2405         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2406         /*
2407          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2408          * run-queue.
2409          */
2410         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2411                 sched_priority(td);
2412 #ifdef SMP
2413         /*
2414          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2415          * target cpu.
2416          */
2417         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2418         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2419         tdq_add(tdq, td, flags);
2420         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2421                 tdq_notify(tdq, td);
2422                 return;
2423         }
2424 #else
2425         tdq = TDQ_SELF();
2426         TDQ_LOCK(tdq);
2427         /*
2428          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2429          * to the scheduler's lock.
2430          */
2431         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2432         tdq_add(tdq, td, flags);
2433 #endif
2434         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2435                 sched_setpreempt(td);
2436 }
2437
2438 /*
2439  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2440  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2441  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2442  */
2443 void
2444 sched_rem(struct thread *td)
2445 {
2446         struct tdq *tdq;
2447
2448         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2449             "prio:%d", td->td_priority);
2450         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2451         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2452         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2453         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2454         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2455             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2456         tdq_runq_rem(tdq, td);
2457         tdq_load_rem(tdq, td);
2458         TD_SET_CAN_RUN(td);
2459         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2460                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2461 }
2462
2463 /*
2464  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2465  */
2466 fixpt_t
2467 sched_pctcpu(struct thread *td)
2468 {
2469         fixpt_t pctcpu;
2470         struct td_sched *ts;
2471
2472         pctcpu = 0;
2473         ts = td->td_sched;
2474         if (ts == NULL)
2475                 return (0);
2476
2477         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2478         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2479         if (ts->ts_ticks) {
2480                 int rtick;
2481
2482                 /* How many rtick per second ? */
2483                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2484                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2485         }
2486
2487         return (pctcpu);
2488 }
2489
2490 /*
2491  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2492  * cpumask.
2493  */
2494 void
2495 sched_affinity(struct thread *td)
2496 {
2497 #ifdef SMP
2498         struct td_sched *ts;
2499
2500         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2501         ts = td->td_sched;
2502         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2503                 return;
2504         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2505                 sched_rem(td);
2506                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2507                 return;
2508         }
2509         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2510                 return;
2511         /*
2512          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2513          * target thread is not running locally send an ipi to force
2514          * the issue.
2515          */
2516         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2517         if (td != curthread)
2518                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2519 #endif
2520 }
2521
2522 /*
2523  * Bind a thread to a target cpu.
2524  */
2525 void
2526 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2527 {
2528         struct td_sched *ts;
2529
2530         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2531         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2532         ts = td->td_sched;
2533         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2534                 sched_unbind(td);
2535         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2536         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2537         sched_pin();
2538         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2539                 return;
2540         ts->ts_cpu = cpu;
2541         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2542         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2543 }
2544
2545 /*
2546  * Release a bound thread.
2547  */
2548 void
2549 sched_unbind(struct thread *td)
2550 {
2551         struct td_sched *ts;
2552
2553         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2554         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2555         ts = td->td_sched;
2556         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2557                 return;
2558         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2559         sched_unpin();
2560 }
2561
2562 int
2563 sched_is_bound(struct thread *td)
2564 {
2565         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2566         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2567 }
2568
2569 /*
2570  * Basic yield call.
2571  */
2572 void
2573 sched_relinquish(struct thread *td)
2574 {
2575         thread_lock(td);
2576         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2577         thread_unlock(td);
2578 }
2579
2580 /*
2581  * Return the total system load.
2582  */
2583 int
2584 sched_load(void)
2585 {
2586 #ifdef SMP
2587         int total;
2588         int i;
2589
2590         total = 0;
2591         CPU_FOREACH(i)
2592                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2593         return (total);
2594 #else
2595         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2596 #endif
2597 }
2598
2599 int
2600 sched_sizeof_proc(void)
2601 {
2602         return (sizeof(struct proc));
2603 }
2604
2605 int
2606 sched_sizeof_thread(void)
2607 {
2608         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2609 }
2610
2611 #ifdef SMP
2612 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2613     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2614 #else
2615 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2616 #endif
2617
2618 /*
2619  * The actual idle process.
2620  */
2621 void
2622 sched_idletd(void *dummy)
2623 {
2624         struct thread *td;
2625         struct tdq *tdq;
2626         int oldswitchcnt, switchcnt;
2627         int i;
2628
2629         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2630         td = curthread;
2631         tdq = TDQ_SELF();
2632         THREAD_NO_SLEEPING();
2633         oldswitchcnt = -1;
2634         for (;;) {
2635                 if (tdq->tdq_load) {
2636                         thread_lock(td);
2637                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2638                         thread_unlock(td);
2639                 }
2640                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2641 #ifdef SMP
2642                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2643                         oldswitchcnt = switchcnt;
2644                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2645                                 continue;
2646                 }
2647                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2648 #else
2649                 oldswitchcnt = switchcnt;
2650 #endif
2651                 /*
2652                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2653                  * for load rather than entering a low power state that 
2654                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2655                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2656                  * cycles from cores doing useful work.
2657                  */
2658                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2659                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2660                                 if (tdq->tdq_load)
2661                                         break;
2662                                 cpu_spinwait();
2663                         }
2664                 }
2665
2666                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2667                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2668                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2669                         continue;
2670
2671                 /* Run main MD idle handler. */
2672                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2673                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2674                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2675
2676                 /*
2677                  * Account thread-less hardware interrupts and
2678                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2679                  */
2680                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2681                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2682                         continue;
2683                 tdq->tdq_switchcnt++;
2684                 oldswitchcnt++;
2685         }
2686 }
2687
2688 /*
2689  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2690  */
2691 void
2692 sched_throw(struct thread *td)
2693 {
2694         struct thread *newtd;
2695         struct tdq *tdq;
2696
2697         tdq = TDQ_SELF();
2698         if (td == NULL) {
2699                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2700                 TDQ_LOCK(tdq);
2701                 spinlock_exit();
2702                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2703                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2704         } else {
2705                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2706                 tdq_load_rem(tdq, td);
2707                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2708         }
2709         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2710         newtd = choosethread();
2711         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2712         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2713 }
2714
2715 /*
2716  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2717  * let fork do the rest of the work.
2718  */
2719 void
2720 sched_fork_exit(struct thread *td)
2721 {
2722         struct td_sched *ts;
2723         struct tdq *tdq;
2724         int cpuid;
2725
2726         /*
2727          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2728          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2729          */
2730         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2731         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2732         ts = td->td_sched;
2733         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2734                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2735         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2736         td->td_oncpu = cpuid;
2737         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2738         lock_profile_obtain_lock_success(
2739             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2740 }
2741
2742 /*
2743  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2744  */
2745 char *
2746 sched_tdname(struct thread *td)
2747 {
2748 #ifdef KTR
2749         struct td_sched *ts;
2750
2751         ts = td->td_sched;
2752         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2753                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2754                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2755         return (ts->ts_name);
2756 #else
2757         return (td->td_name);
2758 #endif
2759 }
2760
2761 #ifdef KTR
2762 void
2763 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2764 {
2765         struct td_sched *ts;
2766
2767         ts = td->td_sched;
2768         ts->ts_name[0] = '\0';
2769 }
2770 #endif
2771
2772 #ifdef SMP
2773
2774 /*
2775  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2776  * the topology tree.
2777  */
2778 static int
2779 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2780     int indent)
2781 {
2782         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2783         int i, first;
2784
2785         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2786             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2787         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2788             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2789         first = TRUE;
2790         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2791                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2792                         if (!first)
2793                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2794                         else
2795                                 first = FALSE;
2796                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2797                 }
2798         }
2799         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2800
2801         if (cg->cg_flags != 0) {
2802                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2803                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2804                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2805                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2806                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2807                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2808                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2809                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2810         }
2811
2812         if (cg->cg_children > 0) {
2813                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2814                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2815                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2816                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2817                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2818         }
2819         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2820         return (0);
2821 }
2822
2823 /*
2824  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2825  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2826  */
2827 static int
2828 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2829 {
2830         struct sbuf *topo;
2831         int err;
2832
2833         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2834
2835         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2836         if (topo == NULL)
2837                 return (ENOMEM);
2838
2839         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2840         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2841         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2842
2843         if (err == 0) {
2844                 sbuf_finish(topo);
2845                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2846         }
2847         sbuf_delete(topo);
2848         return (err);
2849 }
2850
2851 #endif
2852
2853 static int
2854 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2855 {
2856         int error, new_val, period;
2857
2858         period = 1000000 / realstathz;
2859         new_val = period * sched_slice;
2860         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2861         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2862                 return (error);
2863         if (new_val <= 0)
2864                 return (EINVAL);
2865         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2866         sched_slice_min = sched_slice / SCHED_SLICE_MIN_DIVISOR;
2867         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2868             realstathz);
2869         return (0);
2870 }
2871
2872 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2873 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2874     "Scheduler name");
2875 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2876     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2877     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2878 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2879     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2880 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2881     "Interactivity score threshold");
2882 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2883     &preempt_thresh, 0,
2884     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2885 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2886     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2887 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2888     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2889 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2890     &sched_idlespinthresh, 0,
2891     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2892 #ifdef SMP
2893 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2894     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2895 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2896     "Enables the long-term load balancer");
2897 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2898     &balance_interval, 0,
2899     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2900 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2901     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2902 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2903     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2904 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2905     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2906     "XML dump of detected CPU topology");
2907 #endif
2908
2909 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2910 static int ccpu = 0;
2911 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");