]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - sys/sys/pmc.h
- Copy stable/10 (r259064) to releng/10.0 as part of the
[FreeBSD/releng/10.0.git] / sys / sys / pmc.h
1 /*-
2  * Copyright (c) 2003-2008, Joseph Koshy
3  * Copyright (c) 2007 The FreeBSD Foundation
4  * All rights reserved.
5  *
6  * Portions of this software were developed by A. Joseph Koshy under
7  * sponsorship from the FreeBSD Foundation and Google, Inc.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17  *
18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
19  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
20  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
21  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
22  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
23  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
24  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
25  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
26  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
27  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
28  * SUCH DAMAGE.
29  *
30  * $FreeBSD$
31  */
32
33 #ifndef _SYS_PMC_H_
34 #define _SYS_PMC_H_
35
36 #include <dev/hwpmc/pmc_events.h>
37
38 #include <machine/pmc_mdep.h>
39 #include <machine/profile.h>
40
41 #define PMC_MODULE_NAME         "hwpmc"
42 #define PMC_NAME_MAX            64 /* HW counter name size */
43 #define PMC_CLASS_MAX           8  /* max #classes of PMCs per-system */
44
45 /*
46  * Kernel<->userland API version number [MMmmpppp]
47  *
48  * Major numbers are to be incremented when an incompatible change to
49  * the ABI occurs that older clients will not be able to handle.
50  *
51  * Minor numbers are incremented when a backwards compatible change
52  * occurs that allows older correct programs to run unchanged.  For
53  * example, when support for a new PMC type is added.
54  *
55  * The patch version is incremented for every bug fix.
56  */
57 #define PMC_VERSION_MAJOR       0x03
58 #define PMC_VERSION_MINOR       0x01
59 #define PMC_VERSION_PATCH       0x0000
60
61 #define PMC_VERSION             (PMC_VERSION_MAJOR << 24 |              \
62         PMC_VERSION_MINOR << 16 | PMC_VERSION_PATCH)
63
64 /*
65  * Kinds of CPUs known.
66  *
67  * We keep track of CPU variants that need to be distinguished in
68  * some way for PMC operations.  CPU names are grouped by manufacturer
69  * and numbered sparsely in order to minimize changes to the ABI involved
70  * when new CPUs are added.
71  */
72
73 #define __PMC_CPUS()                                            \
74         __PMC_CPU(AMD_K7,       0x00,   "AMD K7")               \
75         __PMC_CPU(AMD_K8,       0x01,   "AMD K8")               \
76         __PMC_CPU(INTEL_P5,     0x80,   "Intel Pentium")        \
77         __PMC_CPU(INTEL_P6,     0x81,   "Intel Pentium Pro")    \
78         __PMC_CPU(INTEL_CL,     0x82,   "Intel Celeron")        \
79         __PMC_CPU(INTEL_PII,    0x83,   "Intel Pentium II")     \
80         __PMC_CPU(INTEL_PIII,   0x84,   "Intel Pentium III")    \
81         __PMC_CPU(INTEL_PM,     0x85,   "Intel Pentium M")      \
82         __PMC_CPU(INTEL_PIV,    0x86,   "Intel Pentium IV")     \
83         __PMC_CPU(INTEL_CORE,   0x87,   "Intel Core Solo/Duo")  \
84         __PMC_CPU(INTEL_CORE2,  0x88,   "Intel Core2")          \
85         __PMC_CPU(INTEL_CORE2EXTREME,   0x89,   "Intel Core2 Extreme")  \
86         __PMC_CPU(INTEL_ATOM,   0x8A,   "Intel Atom")           \
87         __PMC_CPU(INTEL_COREI7, 0x8B,   "Intel Core i7")        \
88         __PMC_CPU(INTEL_WESTMERE, 0x8C,   "Intel Westmere")     \
89         __PMC_CPU(INTEL_SANDYBRIDGE, 0x8D,   "Intel Sandy Bridge")      \
90         __PMC_CPU(INTEL_IVYBRIDGE, 0x8E,   "Intel Ivy Bridge")  \
91         __PMC_CPU(INTEL_SANDYBRIDGE_XEON, 0x8F,   "Intel Sandy Bridge Xeon")    \
92         __PMC_CPU(INTEL_IVYBRIDGE_XEON, 0x90,   "Intel Ivy Bridge Xeon")        \
93         __PMC_CPU(INTEL_HASWELL, 0x91,   "Intel Haswell")       \
94         __PMC_CPU(INTEL_XSCALE, 0x100,  "Intel XScale")         \
95         __PMC_CPU(MIPS_24K,     0x200,  "MIPS 24K")             \
96         __PMC_CPU(MIPS_OCTEON,  0x201,  "Cavium Octeon")        \
97         __PMC_CPU(PPC_7450,     0x300,  "PowerPC MPC7450")      \
98         __PMC_CPU(GENERIC,      0x400,  "Generic")
99
100 enum pmc_cputype {
101 #undef  __PMC_CPU
102 #define __PMC_CPU(S,V,D)        PMC_CPU_##S = V,
103         __PMC_CPUS()
104 };
105
106 #define PMC_CPU_FIRST   PMC_CPU_AMD_K7
107 #define PMC_CPU_LAST    PMC_CPU_GENERIC
108
109 /*
110  * Classes of PMCs
111  */
112
113 #define __PMC_CLASSES()                                                 \
114         __PMC_CLASS(TSC)        /* CPU Timestamp counter */             \
115         __PMC_CLASS(K7)         /* AMD K7 performance counters */       \
116         __PMC_CLASS(K8)         /* AMD K8 performance counters */       \
117         __PMC_CLASS(P5)         /* Intel Pentium counters */            \
118         __PMC_CLASS(P6)         /* Intel Pentium Pro counters */        \
119         __PMC_CLASS(P4)         /* Intel Pentium-IV counters */         \
120         __PMC_CLASS(IAF)        /* Intel Core2/Atom, fixed function */  \
121         __PMC_CLASS(IAP)        /* Intel Core...Atom, programmable */   \
122         __PMC_CLASS(UCF)        /* Intel Uncore fixed function */       \
123         __PMC_CLASS(UCP)        /* Intel Uncore programmable */         \
124         __PMC_CLASS(XSCALE)     /* Intel XScale counters */             \
125         __PMC_CLASS(MIPS24K)    /* MIPS 24K */                          \
126         __PMC_CLASS(OCTEON)     /* Cavium Octeon */                     \
127         __PMC_CLASS(PPC7450)    /* Motorola MPC7450 class */            \
128         __PMC_CLASS(SOFT)       /* Software events */
129
130 enum pmc_class {
131 #undef  __PMC_CLASS
132 #define __PMC_CLASS(N)  PMC_CLASS_##N ,
133         __PMC_CLASSES()
134 };
135
136 #define PMC_CLASS_FIRST PMC_CLASS_TSC
137 #define PMC_CLASS_LAST  PMC_CLASS_SOFT
138
139 /*
140  * A PMC can be in the following states:
141  *
142  * Hardware states:
143  *   DISABLED   -- administratively prohibited from being used.
144  *   FREE       -- HW available for use
145  * Software states:
146  *   ALLOCATED  -- allocated
147  *   STOPPED    -- allocated, but not counting events
148  *   RUNNING    -- allocated, and in operation; 'pm_runcount'
149  *                 holds the number of CPUs using this PMC at
150  *                 a given instant
151  *   DELETED    -- being destroyed
152  */
153
154 #define __PMC_HWSTATES()                        \
155         __PMC_STATE(DISABLED)                   \
156         __PMC_STATE(FREE)
157
158 #define __PMC_SWSTATES()                        \
159         __PMC_STATE(ALLOCATED)                  \
160         __PMC_STATE(STOPPED)                    \
161         __PMC_STATE(RUNNING)                    \
162         __PMC_STATE(DELETED)
163
164 #define __PMC_STATES()                          \
165         __PMC_HWSTATES()                        \
166         __PMC_SWSTATES()
167
168 enum pmc_state {
169 #undef  __PMC_STATE
170 #define __PMC_STATE(S)  PMC_STATE_##S,
171         __PMC_STATES()
172         __PMC_STATE(MAX)
173 };
174
175 #define PMC_STATE_FIRST PMC_STATE_DISABLED
176 #define PMC_STATE_LAST  PMC_STATE_DELETED
177
178 /*
179  * An allocated PMC may used as a 'global' counter or as a
180  * 'thread-private' one.  Each such mode of use can be in either
181  * statistical sampling mode or in counting mode.  Thus a PMC in use
182  *
183  * SS i.e., SYSTEM STATISTICAL  -- system-wide statistical profiling
184  * SC i.e., SYSTEM COUNTER      -- system-wide counting mode
185  * TS i.e., THREAD STATISTICAL  -- thread virtual, statistical profiling
186  * TC i.e., THREAD COUNTER      -- thread virtual, counting mode
187  *
188  * Statistical profiling modes rely on the PMC periodically delivering
189  * a interrupt to the CPU (when the configured number of events have
190  * been measured), so the PMC must have the ability to generate
191  * interrupts.
192  *
193  * In counting modes, the PMC counts its configured events, with the
194  * value of the PMC being read whenever needed by its owner process.
195  *
196  * The thread specific modes "virtualize" the PMCs -- the PMCs appear
197  * to be thread private and count events only when the profiled thread
198  * actually executes on the CPU.
199  *
200  * The system-wide "global" modes keep the PMCs running all the time
201  * and are used to measure the behaviour of the whole system.
202  */
203
204 #define __PMC_MODES()                           \
205         __PMC_MODE(SS,  0)                      \
206         __PMC_MODE(SC,  1)                      \
207         __PMC_MODE(TS,  2)                      \
208         __PMC_MODE(TC,  3)
209
210 enum pmc_mode {
211 #undef  __PMC_MODE
212 #define __PMC_MODE(M,N) PMC_MODE_##M = N,
213         __PMC_MODES()
214 };
215
216 #define PMC_MODE_FIRST  PMC_MODE_SS
217 #define PMC_MODE_LAST   PMC_MODE_TC
218
219 #define PMC_IS_COUNTING_MODE(mode)                              \
220         ((mode) == PMC_MODE_SC || (mode) == PMC_MODE_TC)
221 #define PMC_IS_SYSTEM_MODE(mode)                                \
222         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_SC)
223 #define PMC_IS_SAMPLING_MODE(mode)                              \
224         ((mode) == PMC_MODE_SS || (mode) == PMC_MODE_TS)
225 #define PMC_IS_VIRTUAL_MODE(mode)                               \
226         ((mode) == PMC_MODE_TS || (mode) == PMC_MODE_TC)
227
228 /*
229  * PMC row disposition
230  */
231
232 #define __PMC_DISPOSITIONS(N)                                   \
233         __PMC_DISP(STANDALONE)  /* global/disabled counters */  \
234         __PMC_DISP(FREE)        /* free/available */            \
235         __PMC_DISP(THREAD)      /* thread-virtual PMCs */       \
236         __PMC_DISP(UNKNOWN)     /* sentinel */
237
238 enum pmc_disp {
239 #undef  __PMC_DISP
240 #define __PMC_DISP(D)   PMC_DISP_##D ,
241         __PMC_DISPOSITIONS()
242 };
243
244 #define PMC_DISP_FIRST  PMC_DISP_STANDALONE
245 #define PMC_DISP_LAST   PMC_DISP_THREAD
246
247 /*
248  * Counter capabilities
249  *
250  * __PMC_CAPS(NAME, VALUE, DESCRIPTION)
251  */
252
253 #define __PMC_CAPS()                                                    \
254         __PMC_CAP(INTERRUPT,    0, "generate interrupts")               \
255         __PMC_CAP(USER,         1, "count user-mode events")            \
256         __PMC_CAP(SYSTEM,       2, "count system-mode events")          \
257         __PMC_CAP(EDGE,         3, "do edge detection of events")       \
258         __PMC_CAP(THRESHOLD,    4, "ignore events below a threshold")   \
259         __PMC_CAP(READ,         5, "read PMC counter")                  \
260         __PMC_CAP(WRITE,        6, "reprogram PMC counter")             \
261         __PMC_CAP(INVERT,       7, "invert comparision sense")          \
262         __PMC_CAP(QUALIFIER,    8, "further qualify monitored events")  \
263         __PMC_CAP(PRECISE,      9, "perform precise sampling")          \
264         __PMC_CAP(TAGGING,      10, "tag upstream events")              \
265         __PMC_CAP(CASCADE,      11, "cascade counters")
266
267 enum pmc_caps
268 {
269 #undef  __PMC_CAP
270 #define __PMC_CAP(NAME, VALUE, DESCR)   PMC_CAP_##NAME = (1 << VALUE) ,
271         __PMC_CAPS()
272 };
273
274 #define PMC_CAP_FIRST           PMC_CAP_INTERRUPT
275 #define PMC_CAP_LAST            PMC_CAP_CASCADE
276
277 /*
278  * PMC Event Numbers
279  *
280  * These are generated from the definitions in "dev/hwpmc/pmc_events.h".
281  */
282
283 enum pmc_event {
284 #undef  __PMC_EV
285 #undef  __PMC_EV_BLOCK
286 #define __PMC_EV_BLOCK(C,V)     PMC_EV_ ## C ## __BLOCK_START = (V) - 1 ,
287 #define __PMC_EV(C,N)           PMC_EV_ ## C ## _ ## N ,
288         __PMC_EVENTS()
289 };
290
291 /*
292  * PMC SYSCALL INTERFACE
293  */
294
295 /*
296  * "PMC_OPS" -- these are the commands recognized by the kernel
297  * module, and are used when performing a system call from userland.
298  */
299 #define __PMC_OPS()                                                     \
300         __PMC_OP(CONFIGURELOG, "Set log file")                          \
301         __PMC_OP(FLUSHLOG, "Flush log file")                            \
302         __PMC_OP(GETCPUINFO, "Get system CPU information")              \
303         __PMC_OP(GETDRIVERSTATS, "Get driver statistics")               \
304         __PMC_OP(GETMODULEVERSION, "Get module version")                \
305         __PMC_OP(GETPMCINFO, "Get per-cpu PMC information")             \
306         __PMC_OP(PMCADMIN, "Set PMC state")                             \
307         __PMC_OP(PMCALLOCATE, "Allocate and configure a PMC")           \
308         __PMC_OP(PMCATTACH, "Attach a PMC to a process")                \
309         __PMC_OP(PMCDETACH, "Detach a PMC from a process")              \
310         __PMC_OP(PMCGETMSR, "Get a PMC's hardware address")             \
311         __PMC_OP(PMCRELEASE, "Release a PMC")                           \
312         __PMC_OP(PMCRW, "Read/Set a PMC")                               \
313         __PMC_OP(PMCSETCOUNT, "Set initial count/sampling rate")        \
314         __PMC_OP(PMCSTART, "Start a PMC")                               \
315         __PMC_OP(PMCSTOP, "Stop a PMC")                                 \
316         __PMC_OP(WRITELOG, "Write a cookie to the log file")            \
317         __PMC_OP(CLOSELOG, "Close log file")                            \
318         __PMC_OP(GETDYNEVENTINFO, "Get dynamic events list")
319
320
321 enum pmc_ops {
322 #undef  __PMC_OP
323 #define __PMC_OP(N, D)  PMC_OP_##N,
324         __PMC_OPS()
325 };
326
327
328 /*
329  * Flags used in operations on PMCs.
330  */
331
332 #define PMC_F_FORCE             0x00000001 /*OP ADMIN force operation */
333 #define PMC_F_DESCENDANTS       0x00000002 /*OP ALLOCATE track descendants */
334 #define PMC_F_LOG_PROCCSW       0x00000004 /*OP ALLOCATE track ctx switches */
335 #define PMC_F_LOG_PROCEXIT      0x00000008 /*OP ALLOCATE log proc exits */
336 #define PMC_F_NEWVALUE          0x00000010 /*OP RW write new value */
337 #define PMC_F_OLDVALUE          0x00000020 /*OP RW get old value */
338 #define PMC_F_KGMON             0x00000040 /*OP ALLOCATE kgmon(8) profiling */
339 /* V2 API */
340 #define PMC_F_CALLCHAIN         0x00000080 /*OP ALLOCATE capture callchains */
341
342 /* internal flags */
343 #define PMC_F_ATTACHED_TO_OWNER 0x00010000 /*attached to owner*/
344 #define PMC_F_NEEDS_LOGFILE     0x00020000 /*needs log file */
345 #define PMC_F_ATTACH_DONE       0x00040000 /*attached at least once */
346
347 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH_MAX 32
348
349 #define PMC_CC_F_USERSPACE      0x01       /*userspace callchain*/
350
351 /*
352  * Cookies used to denote allocated PMCs, and the values of PMCs.
353  */
354
355 typedef uint32_t        pmc_id_t;
356 typedef uint64_t        pmc_value_t;
357
358 #define PMC_ID_INVALID          (~ (pmc_id_t) 0)
359
360 /*
361  * PMC IDs have the following format:
362  *
363  * +--------+----------+-----------+-----------+
364  * |   CPU  | PMC MODE | PMC CLASS | ROW INDEX |
365  * +--------+----------+-----------+-----------+
366  *
367  * where each field is 8 bits wide.  Field 'CPU' is set to the
368  * requested CPU for system-wide PMCs or PMC_CPU_ANY for process-mode
369  * PMCs.  Field 'PMC MODE' is the allocated PMC mode.  Field 'PMC
370  * CLASS' is the class of the PMC.  Field 'ROW INDEX' is the row index
371  * for the PMC.
372  *
373  * The 'ROW INDEX' ranges over 0..NWPMCS where NHWPMCS is the total
374  * number of hardware PMCs on this cpu.
375  */
376
377
378 #define PMC_ID_TO_ROWINDEX(ID)  ((ID) & 0xFF)
379 #define PMC_ID_TO_CLASS(ID)     (((ID) & 0xFF00) >> 8)
380 #define PMC_ID_TO_MODE(ID)      (((ID) & 0xFF0000) >> 16)
381 #define PMC_ID_TO_CPU(ID)       (((ID) & 0xFF000000) >> 24)
382 #define PMC_ID_MAKE_ID(CPU,MODE,CLASS,ROWINDEX)                 \
383         ((((CPU) & 0xFF) << 24) | (((MODE) & 0xFF) << 16) |     \
384         (((CLASS) & 0xFF) << 8) | ((ROWINDEX) & 0xFF))
385
386 /*
387  * Data structures for system calls supported by the pmc driver.
388  */
389
390 /*
391  * OP PMCALLOCATE
392  *
393  * Allocate a PMC on the named CPU.
394  */
395
396 #define PMC_CPU_ANY     ~0
397
398 struct pmc_op_pmcallocate {
399         uint32_t        pm_caps;        /* PMC_CAP_* */
400         uint32_t        pm_cpu;         /* CPU number or PMC_CPU_ANY */
401         enum pmc_class  pm_class;       /* class of PMC desired */
402         enum pmc_event  pm_ev;          /* [enum pmc_event] desired */
403         uint32_t        pm_flags;       /* additional modifiers PMC_F_* */
404         enum pmc_mode   pm_mode;        /* desired mode */
405         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* [return] process pmc id */
406
407         union pmc_md_op_pmcallocate pm_md; /* MD layer extensions */
408 };
409
410 /*
411  * OP PMCADMIN
412  *
413  * Set the administrative state (i.e., whether enabled or disabled) of
414  * a PMC 'pm_pmc' on CPU 'pm_cpu'.  Note that 'pm_pmc' specifies an
415  * absolute PMC number and need not have been first allocated by the
416  * calling process.
417  */
418
419 struct pmc_op_pmcadmin {
420         int             pm_cpu;         /* CPU# */
421         uint32_t        pm_flags;       /* flags */
422         int             pm_pmc;         /* PMC# */
423         enum pmc_state  pm_state;       /* desired state */
424 };
425
426 /*
427  * OP PMCATTACH / OP PMCDETACH
428  *
429  * Attach/detach a PMC and a process.
430  */
431
432 struct pmc_op_pmcattach {
433         pmc_id_t        pm_pmc;         /* PMC to attach to */
434         pid_t           pm_pid;         /* target process */
435 };
436
437 /*
438  * OP PMCSETCOUNT
439  *
440  * Set the sampling rate (i.e., the reload count) for statistical counters.
441  * 'pm_pmcid' need to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
442  */
443
444 struct pmc_op_pmcsetcount {
445         pmc_value_t     pm_count;       /* initial/sample count */
446         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* PMC id to set */
447 };
448
449
450 /*
451  * OP PMCRW
452  *
453  * Read the value of a PMC named by 'pm_pmcid'.  'pm_pmcid' needs
454  * to have been previously allocated using PMCALLOCATE.
455  */
456
457
458 struct pmc_op_pmcrw {
459         uint32_t        pm_flags;       /* PMC_F_{OLD,NEW}VALUE*/
460         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* pmc id */
461         pmc_value_t     pm_value;       /* new&returned value */
462 };
463
464
465 /*
466  * OP GETPMCINFO
467  *
468  * retrieve PMC state for a named CPU.  The caller is expected to
469  * allocate 'npmc' * 'struct pmc_info' bytes of space for the return
470  * values.
471  */
472
473 struct pmc_info {
474         char            pm_name[PMC_NAME_MAX]; /* pmc name */
475         enum pmc_class  pm_class;       /* enum pmc_class */
476         int             pm_enabled;     /* whether enabled */
477         enum pmc_disp   pm_rowdisp;     /* FREE, THREAD or STANDLONE */
478         pid_t           pm_ownerpid;    /* owner, or -1 */
479         enum pmc_mode   pm_mode;        /* current mode [enum pmc_mode] */
480         enum pmc_event  pm_event;       /* current event */
481         uint32_t        pm_flags;       /* current flags */
482         pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling counters only */
483 };
484
485 struct pmc_op_getpmcinfo {
486         int32_t         pm_cpu;         /* 0 <= cpu < mp_maxid */
487         struct pmc_info pm_pmcs[];      /* space for 'npmc' structures */
488 };
489
490
491 /*
492  * OP GETCPUINFO
493  *
494  * Retrieve system CPU information.
495  */
496
497
498 struct pmc_classinfo {
499         enum pmc_class  pm_class;       /* class id */
500         uint32_t        pm_caps;        /* counter capabilities */
501         uint32_t        pm_width;       /* width of the PMC */
502         uint32_t        pm_num;         /* number of PMCs in class */
503 };
504
505 struct pmc_op_getcpuinfo {
506         enum pmc_cputype pm_cputype; /* what kind of CPU */
507         uint32_t        pm_ncpu;    /* max CPU number */
508         uint32_t        pm_npmc;    /* #PMCs per CPU */
509         uint32_t        pm_nclass;  /* #classes of PMCs */
510         struct pmc_classinfo  pm_classes[PMC_CLASS_MAX];
511 };
512
513 /*
514  * OP CONFIGURELOG
515  *
516  * Configure a log file for writing system-wide statistics to.
517  */
518
519 struct pmc_op_configurelog {
520         int             pm_flags;
521         int             pm_logfd;   /* logfile fd (or -1) */
522 };
523
524 /*
525  * OP GETDRIVERSTATS
526  *
527  * Retrieve pmc(4) driver-wide statistics.
528  */
529
530 struct pmc_op_getdriverstats {
531         int     pm_intr_ignored;        /* #interrupts ignored */
532         int     pm_intr_processed;      /* #interrupts processed */
533         int     pm_intr_bufferfull;     /* #interrupts with ENOSPC */
534         int     pm_syscalls;            /* #syscalls */
535         int     pm_syscall_errors;      /* #syscalls with errors */
536         int     pm_buffer_requests;     /* #buffer requests */
537         int     pm_buffer_requests_failed; /* #failed buffer requests */
538         int     pm_log_sweeps;          /* #sample buffer processing passes */
539 };
540
541 /*
542  * OP RELEASE / OP START / OP STOP
543  *
544  * Simple operations on a PMC id.
545  */
546
547 struct pmc_op_simple {
548         pmc_id_t        pm_pmcid;
549 };
550
551 /*
552  * OP WRITELOG
553  *
554  * Flush the current log buffer and write 4 bytes of user data to it.
555  */
556
557 struct pmc_op_writelog {
558         uint32_t        pm_userdata;
559 };
560
561 /*
562  * OP GETMSR
563  *
564  * Retrieve the machine specific address assoicated with the allocated
565  * PMC.  This number can be used subsequently with a read-performance-counter
566  * instruction.
567  */
568
569 struct pmc_op_getmsr {
570         uint32_t        pm_msr;         /* machine specific address */
571         pmc_id_t        pm_pmcid;       /* allocated pmc id */
572 };
573
574 /*
575  * OP GETDYNEVENTINFO
576  *
577  * Retrieve a PMC dynamic class events list.
578  */
579
580 struct pmc_dyn_event_descr {
581         char            pm_ev_name[PMC_NAME_MAX];
582         enum pmc_event  pm_ev_code;
583 };
584
585 struct pmc_op_getdyneventinfo {
586         enum pmc_class                  pm_class;
587         unsigned int                    pm_nevent;
588         struct pmc_dyn_event_descr      pm_events[PMC_EV_DYN_COUNT];
589 };
590
591 #ifdef _KERNEL
592
593 #include <sys/malloc.h>
594 #include <sys/sysctl.h>
595
596 #include <machine/frame.h>
597
598 #define PMC_HASH_SIZE                           16
599 #define PMC_MTXPOOL_SIZE                        32
600 #define PMC_LOG_BUFFER_SIZE                     4
601 #define PMC_NLOGBUFFERS                         64
602 #define PMC_NSAMPLES                            512
603 #define PMC_CALLCHAIN_DEPTH                     8
604
605 #define PMC_SYSCTL_NAME_PREFIX "kern." PMC_MODULE_NAME "."
606
607 /*
608  * Locking keys
609  *
610  * (b) - pmc_bufferlist_mtx (spin lock)
611  * (k) - pmc_kthread_mtx (sleep lock)
612  * (o) - po->po_mtx (spin lock)
613  */
614
615 /*
616  * PMC commands
617  */
618
619 struct pmc_syscall_args {
620         register_t      pmop_code;      /* one of PMC_OP_* */
621         void            *pmop_data;     /* syscall parameter */
622 };
623
624 /*
625  * Interface to processor specific s1tuff
626  */
627
628 /*
629  * struct pmc_descr
630  *
631  * Machine independent (i.e., the common parts) of a human readable
632  * PMC description.
633  */
634
635 struct pmc_descr {
636         char            pd_name[PMC_NAME_MAX]; /* name */
637         uint32_t        pd_caps;        /* capabilities */
638         enum pmc_class  pd_class;       /* class of the PMC */
639         uint32_t        pd_width;       /* width in bits */
640 };
641
642 /*
643  * struct pmc_target
644  *
645  * This structure records all the target processes associated with a
646  * PMC.
647  */
648
649 struct pmc_target {
650         LIST_ENTRY(pmc_target)  pt_next;
651         struct pmc_process      *pt_process; /* target descriptor */
652 };
653
654 /*
655  * struct pmc
656  *
657  * Describes each allocated PMC.
658  *
659  * Each PMC has precisely one owner, namely the process that allocated
660  * the PMC.
661  *
662  * A PMC may be attached to multiple target processes.  The
663  * 'pm_targets' field links all the target processes being monitored
664  * by this PMC.
665  *
666  * The 'pm_savedvalue' field is protected by a mutex.
667  *
668  * On a multi-cpu machine, multiple target threads associated with a
669  * process-virtual PMC could be concurrently executing on different
670  * CPUs.  The 'pm_runcount' field is atomically incremented every time
671  * the PMC gets scheduled on a CPU and atomically decremented when it
672  * get descheduled.  Deletion of a PMC is only permitted when this
673  * field is '0'.
674  *
675  */
676
677 struct pmc {
678         LIST_HEAD(,pmc_target)  pm_targets;     /* list of target processes */
679         LIST_ENTRY(pmc)         pm_next;        /* owner's list */
680
681         /*
682          * System-wide PMCs are allocated on a CPU and are not moved
683          * around.  For system-wide PMCs we record the CPU the PMC was
684          * allocated on in the 'CPU' field of the pmc ID.
685          *
686          * Virtual PMCs run on whichever CPU is currently executing
687          * their targets' threads.  For these PMCs we need to save
688          * their current PMC counter values when they are taken off
689          * CPU.
690          */
691
692         union {
693                 pmc_value_t     pm_savedvalue;  /* Virtual PMCS */
694         } pm_gv;
695
696         /*
697          * For sampling mode PMCs, we keep track of the PMC's "reload
698          * count", which is the counter value to be loaded in when
699          * arming the PMC for the next counting session.  For counting
700          * modes on PMCs that are read-only (e.g., the x86 TSC), we
701          * keep track of the initial value at the start of
702          * counting-mode operation.
703          */
704
705         union {
706                 pmc_value_t     pm_reloadcount; /* sampling PMC modes */
707                 pmc_value_t     pm_initial;     /* counting PMC modes */
708         } pm_sc;
709
710         uint32_t        pm_stalled;     /* marks stalled sampling PMCs */
711         uint32_t        pm_caps;        /* PMC capabilities */
712         enum pmc_event  pm_event;       /* event being measured */
713         uint32_t        pm_flags;       /* additional flags PMC_F_... */
714         struct pmc_owner *pm_owner;     /* owner thread state */
715         int             pm_runcount;    /* #cpus currently on */
716         enum pmc_state  pm_state;       /* current PMC state */
717
718         /*
719          * The PMC ID field encodes the row-index for the PMC, its
720          * mode, class and the CPU# associated with the PMC.
721          */
722
723         pmc_id_t        pm_id;          /* allocated PMC id */
724
725         /* md extensions */
726         union pmc_md_pmc        pm_md;
727 };
728
729 /*
730  * Accessor macros for 'struct pmc'
731  */
732
733 #define PMC_TO_MODE(P)          PMC_ID_TO_MODE((P)->pm_id)
734 #define PMC_TO_CLASS(P)         PMC_ID_TO_CLASS((P)->pm_id)
735 #define PMC_TO_ROWINDEX(P)      PMC_ID_TO_ROWINDEX((P)->pm_id)
736 #define PMC_TO_CPU(P)           PMC_ID_TO_CPU((P)->pm_id)
737
738
739 /*
740  * struct pmc_process
741  *
742  * Record a 'target' process being profiled.
743  *
744  * The target process being profiled could be different from the owner
745  * process which allocated the PMCs.  Each target process descriptor
746  * is associated with NHWPMC 'struct pmc *' pointers.  Each PMC at a
747  * given hardware row-index 'n' will use slot 'n' of the 'pp_pmcs[]'
748  * array.  The size of this structure is thus PMC architecture
749  * dependent.
750  *
751  */
752
753 struct pmc_targetstate {
754         struct pmc      *pp_pmc;   /* target PMC */
755         pmc_value_t     pp_pmcval; /* per-process value */
756 };
757
758 struct pmc_process {
759         LIST_ENTRY(pmc_process) pp_next;        /* hash chain */
760         int             pp_refcnt;              /* reference count */
761         uint32_t        pp_flags;               /* flags PMC_PP_* */
762         struct proc     *pp_proc;               /* target thread */
763         struct pmc_targetstate pp_pmcs[];       /* NHWPMCs */
764 };
765
766 #define PMC_PP_ENABLE_MSR_ACCESS        0x00000001
767
768 /*
769  * struct pmc_owner
770  *
771  * We associate a PMC with an 'owner' process.
772  *
773  * A process can be associated with 0..NCPUS*NHWPMC PMCs during its
774  * lifetime, where NCPUS is the numbers of CPUS in the system and
775  * NHWPMC is the number of hardware PMCs per CPU.  These are
776  * maintained in the list headed by the 'po_pmcs' to save on space.
777  *
778  */
779
780 struct pmc_owner  {
781         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_next;        /* hash chain */
782         LIST_ENTRY(pmc_owner)   po_ssnext;      /* list of SS PMC owners */
783         LIST_HEAD(, pmc)        po_pmcs;        /* owned PMC list */
784         TAILQ_HEAD(, pmclog_buffer) po_logbuffers; /* (o) logbuffer list */
785         struct mtx              po_mtx;         /* spin lock for (o) */
786         struct proc             *po_owner;      /* owner proc */
787         uint32_t                po_flags;       /* (k) flags PMC_PO_* */
788         struct proc             *po_kthread;    /* (k) helper kthread */
789         struct pmclog_buffer    *po_curbuf;     /* current log buffer */
790         struct file             *po_file;       /* file reference */
791         int                     po_error;       /* recorded error */
792         short                   po_sscount;     /* # SS PMCs owned */
793         short                   po_logprocmaps; /* global mappings done */
794 };
795
796 #define PMC_PO_OWNS_LOGFILE             0x00000001 /* has a log file */
797 #define PMC_PO_SHUTDOWN                 0x00000010 /* in the process of shutdown */
798 #define PMC_PO_INITIAL_MAPPINGS_DONE    0x00000020
799
800 /*
801  * struct pmc_hw -- describe the state of the PMC hardware
802  *
803  * When in use, a HW PMC is associated with one allocated 'struct pmc'
804  * pointed to by field 'phw_pmc'.  When inactive, this field is NULL.
805  *
806  * On an SMP box, one or more HW PMC's in process virtual mode with
807  * the same 'phw_pmc' could be executing on different CPUs.  In order
808  * to handle this case correctly, we need to ensure that only
809  * incremental counts get added to the saved value in the associated
810  * 'struct pmc'.  The 'phw_save' field is used to keep the saved PMC
811  * value at the time the hardware is started during this context
812  * switch (i.e., the difference between the new (hardware) count and
813  * the saved count is atomically added to the count field in 'struct
814  * pmc' at context switch time).
815  *
816  */
817
818 struct pmc_hw {
819         uint32_t        phw_state;      /* see PHW_* macros below */
820         struct pmc      *phw_pmc;       /* current thread PMC */
821 };
822
823 #define PMC_PHW_RI_MASK         0x000000FF
824 #define PMC_PHW_CPU_SHIFT       8
825 #define PMC_PHW_CPU_MASK        0x0000FF00
826 #define PMC_PHW_FLAGS_SHIFT     16
827 #define PMC_PHW_FLAGS_MASK      0xFFFF0000
828
829 #define PMC_PHW_INDEX_TO_STATE(ri)      ((ri) & PMC_PHW_RI_MASK)
830 #define PMC_PHW_STATE_TO_INDEX(state)   ((state) & PMC_PHW_RI_MASK)
831 #define PMC_PHW_CPU_TO_STATE(cpu)       (((cpu) << PMC_PHW_CPU_SHIFT) & \
832         PMC_PHW_CPU_MASK)
833 #define PMC_PHW_STATE_TO_CPU(state)     (((state) & PMC_PHW_CPU_MASK) >> \
834         PMC_PHW_CPU_SHIFT)
835 #define PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(flags)   (((flags) << PMC_PHW_FLAGS_SHIFT) & \
836         PMC_PHW_FLAGS_MASK)
837 #define PMC_PHW_STATE_TO_FLAGS(state)   (((state) & PMC_PHW_FLAGS_MASK) >> \
838         PMC_PHW_FLAGS_SHIFT)
839 #define PMC_PHW_FLAG_IS_ENABLED         (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x01))
840 #define PMC_PHW_FLAG_IS_SHAREABLE       (PMC_PHW_FLAGS_TO_STATE(0x02))
841
842 /*
843  * struct pmc_sample
844  *
845  * Space for N (tunable) PC samples and associated control data.
846  */
847
848 struct pmc_sample {
849         uint16_t                ps_nsamples;    /* callchain depth */
850         uint8_t                 ps_cpu;         /* cpu number */
851         uint8_t                 ps_flags;       /* other flags */
852         pid_t                   ps_pid;         /* process PID or -1 */
853         struct thread           *ps_td;         /* which thread */
854         struct pmc              *ps_pmc;        /* interrupting PMC */
855         uintptr_t               *ps_pc;         /* (const) callchain start */
856 };
857
858 #define         PMC_SAMPLE_FREE         ((uint16_t) 0)
859 #define         PMC_SAMPLE_INUSE        ((uint16_t) 0xFFFF)
860
861 struct pmc_samplebuffer {
862         struct pmc_sample * volatile ps_read;   /* read pointer */
863         struct pmc_sample * volatile ps_write;  /* write pointer */
864         uintptr_t               *ps_callchains; /* all saved call chains */
865         struct pmc_sample       *ps_fence;      /* one beyond ps_samples[] */
866         struct pmc_sample       ps_samples[];   /* array of sample entries */
867 };
868
869
870 /*
871  * struct pmc_cpustate
872  *
873  * A CPU is modelled as a collection of HW PMCs with space for additional
874  * flags.
875  */
876
877 struct pmc_cpu {
878         uint32_t        pc_state;       /* physical cpu number + flags */
879         struct pmc_samplebuffer *pc_sb[2]; /* space for samples */
880         struct pmc_hw   *pc_hwpmcs[];   /* 'npmc' pointers */
881 };
882
883 #define PMC_PCPU_CPU_MASK               0x000000FF
884 #define PMC_PCPU_FLAGS_MASK             0xFFFFFF00
885 #define PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT            8
886 #define PMC_PCPU_STATE_TO_CPU(S)        ((S) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
887 #define PMC_PCPU_STATE_TO_FLAGS(S)      (((S) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK) >> PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT)
888 #define PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(F)      (((F) << PMC_PCPU_FLAGS_SHIFT) & PMC_PCPU_FLAGS_MASK)
889 #define PMC_PCPU_CPU_TO_STATE(C)        ((C) & PMC_PCPU_CPU_MASK)
890 #define PMC_PCPU_FLAG_HTT               (PMC_PCPU_FLAGS_TO_STATE(0x1))
891
892 /*
893  * struct pmc_binding
894  *
895  * CPU binding information.
896  */
897
898 struct pmc_binding {
899         int     pb_bound;       /* is bound? */
900         int     pb_cpu;         /* if so, to which CPU */
901 };
902
903
904 struct pmc_mdep;
905
906 /*
907  * struct pmc_classdep
908  *
909  * PMC class-dependent operations.
910  */
911 struct pmc_classdep {
912         uint32_t        pcd_caps;       /* class capabilities */
913         enum pmc_class  pcd_class;      /* class id */
914         int             pcd_num;        /* number of PMCs */
915         int             pcd_ri;         /* row index of the first PMC in class */
916         int             pcd_width;      /* width of the PMC */
917
918         /* configuring/reading/writing the hardware PMCs */
919         int (*pcd_config_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
920         int (*pcd_get_config)(int _cpu, int _ri, struct pmc **_ppm);
921         int (*pcd_read_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t *_value);
922         int (*pcd_write_pmc)(int _cpu, int _ri, pmc_value_t _value);
923
924         /* pmc allocation/release */
925         int (*pcd_allocate_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_t,
926                 const struct pmc_op_pmcallocate *_a);
927         int (*pcd_release_pmc)(int _cpu, int _ri, struct pmc *_pm);
928
929         /* starting and stopping PMCs */
930         int (*pcd_start_pmc)(int _cpu, int _ri);
931         int (*pcd_stop_pmc)(int _cpu, int _ri);
932
933         /* description */
934         int (*pcd_describe)(int _cpu, int _ri, struct pmc_info *_pi,
935                 struct pmc **_ppmc);
936
937         /* class-dependent initialization & finalization */
938         int (*pcd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
939         int (*pcd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
940
941         /* machine-specific interface */
942         int (*pcd_get_msr)(int _ri, uint32_t *_msr);
943 };
944
945 /*
946  * struct pmc_mdep
947  *
948  * Machine dependent bits needed per CPU type.
949  */
950
951 struct pmc_mdep  {
952         uint32_t        pmd_cputype;    /* from enum pmc_cputype */
953         uint32_t        pmd_npmc;       /* number of PMCs per CPU */
954         uint32_t        pmd_nclass;     /* number of PMC classes present */
955
956         /*
957          * Machine dependent methods.
958          */
959
960         /* per-cpu initialization and finalization */
961         int (*pmd_pcpu_init)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
962         int (*pmd_pcpu_fini)(struct pmc_mdep *_md, int _cpu);
963
964         /* thread context switch in/out */
965         int (*pmd_switch_in)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
966         int (*pmd_switch_out)(struct pmc_cpu *_p, struct pmc_process *_pp);
967
968         /* handle a PMC interrupt */
969         int (*pmd_intr)(int _cpu, struct trapframe *_tf);
970
971         /*
972          * PMC class dependent information.
973          */
974         struct pmc_classdep pmd_classdep[];
975 };
976
977 /*
978  * Per-CPU state.  This is an array of 'mp_ncpu' pointers
979  * to struct pmc_cpu descriptors.
980  */
981
982 extern struct pmc_cpu **pmc_pcpu;
983
984 /* driver statistics */
985 extern struct pmc_op_getdriverstats pmc_stats;
986
987 #if     defined(DEBUG)
988
989 /* debug flags, major flag groups */
990 struct pmc_debugflags {
991         int     pdb_CPU;
992         int     pdb_CSW;
993         int     pdb_LOG;
994         int     pdb_MDP;
995         int     pdb_MOD;
996         int     pdb_OWN;
997         int     pdb_PMC;
998         int     pdb_PRC;
999         int     pdb_SAM;
1000 };
1001
1002 extern struct pmc_debugflags pmc_debugflags;
1003
1004 #define PMC_DEBUG_STRSIZE               128
1005 #define PMC_DEBUG_DEFAULT_FLAGS         { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
1006
1007 #define PMCDBG(M,N,L,F,...) do {                                        \
1008         if (pmc_debugflags.pdb_ ## M & (1 << PMC_DEBUG_MIN_ ## N))      \
1009                 printf(#M ":" #N ":" #L  ": " F "\n", __VA_ARGS__);     \
1010 } while (0)
1011
1012 /* Major numbers */
1013 #define PMC_DEBUG_MAJ_CPU               0 /* cpu switches */
1014 #define PMC_DEBUG_MAJ_CSW               1 /* context switches */
1015 #define PMC_DEBUG_MAJ_LOG               2 /* logging */
1016 #define PMC_DEBUG_MAJ_MDP               3 /* machine dependent */
1017 #define PMC_DEBUG_MAJ_MOD               4 /* misc module infrastructure */
1018 #define PMC_DEBUG_MAJ_OWN               5 /* owner */
1019 #define PMC_DEBUG_MAJ_PMC               6 /* pmc management */
1020 #define PMC_DEBUG_MAJ_PRC               7 /* processes */
1021 #define PMC_DEBUG_MAJ_SAM               8 /* sampling */
1022
1023 /* Minor numbers */
1024
1025 /* Common (8 bits) */
1026 #define PMC_DEBUG_MIN_ALL               0 /* allocation */
1027 #define PMC_DEBUG_MIN_REL               1 /* release */
1028 #define PMC_DEBUG_MIN_OPS               2 /* ops: start, stop, ... */
1029 #define PMC_DEBUG_MIN_INI               3 /* init */
1030 #define PMC_DEBUG_MIN_FND               4 /* find */
1031
1032 /* MODULE */
1033 #define PMC_DEBUG_MIN_PMH              14 /* pmc_hook */
1034 #define PMC_DEBUG_MIN_PMS              15 /* pmc_syscall */
1035
1036 /* OWN */
1037 #define PMC_DEBUG_MIN_ORM               8 /* owner remove */
1038 #define PMC_DEBUG_MIN_OMR               9 /* owner maybe remove */
1039
1040 /* PROCESSES */
1041 #define PMC_DEBUG_MIN_TLK               8 /* link target */
1042 #define PMC_DEBUG_MIN_TUL               9 /* unlink target */
1043 #define PMC_DEBUG_MIN_EXT              10 /* process exit */
1044 #define PMC_DEBUG_MIN_EXC              11 /* process exec */
1045 #define PMC_DEBUG_MIN_FRK              12 /* process fork */
1046 #define PMC_DEBUG_MIN_ATT              13 /* attach/detach */
1047 #define PMC_DEBUG_MIN_SIG              14 /* signalling */
1048
1049 /* CONTEXT SWITCHES */
1050 #define PMC_DEBUG_MIN_SWI               8 /* switch in */
1051 #define PMC_DEBUG_MIN_SWO               9 /* switch out */
1052
1053 /* PMC */
1054 #define PMC_DEBUG_MIN_REG               8 /* pmc register */
1055 #define PMC_DEBUG_MIN_ALR               9 /* allocate row */
1056
1057 /* MACHINE DEPENDENT LAYER */
1058 #define PMC_DEBUG_MIN_REA               8 /* read */
1059 #define PMC_DEBUG_MIN_WRI               9 /* write */
1060 #define PMC_DEBUG_MIN_CFG              10 /* config */
1061 #define PMC_DEBUG_MIN_STA              11 /* start */
1062 #define PMC_DEBUG_MIN_STO              12 /* stop */
1063 #define PMC_DEBUG_MIN_INT              13 /* interrupts */
1064
1065 /* CPU */
1066 #define PMC_DEBUG_MIN_BND               8 /* bind */
1067 #define PMC_DEBUG_MIN_SEL               9 /* select */
1068
1069 /* LOG */
1070 #define PMC_DEBUG_MIN_GTB               8 /* get buf */
1071 #define PMC_DEBUG_MIN_SIO               9 /* schedule i/o */
1072 #define PMC_DEBUG_MIN_FLS              10 /* flush */
1073 #define PMC_DEBUG_MIN_SAM              11 /* sample */
1074 #define PMC_DEBUG_MIN_CLO              12 /* close */
1075
1076 #else
1077 #define PMCDBG(M,N,L,F,...)             /* nothing */
1078 #endif
1079
1080 /* declare a dedicated memory pool */
1081 MALLOC_DECLARE(M_PMC);
1082
1083 /*
1084  * Functions
1085  */
1086
1087 struct pmc_mdep *pmc_md_initialize(void);       /* MD init function */
1088 void    pmc_md_finalize(struct pmc_mdep *_md);  /* MD fini function */
1089 int     pmc_getrowdisp(int _ri);
1090 int     pmc_process_interrupt(int _cpu, int _soft, struct pmc *_pm,
1091     struct trapframe *_tf, int _inuserspace);
1092 int     pmc_save_kernel_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1093     struct trapframe *_tf);
1094 int     pmc_save_user_callchain(uintptr_t *_cc, int _maxsamples,
1095     struct trapframe *_tf);
1096 struct pmc_mdep *pmc_mdep_alloc(int nclasses);
1097 void pmc_mdep_free(struct pmc_mdep *md);
1098 #endif /* _KERNEL */
1099 #endif /* _SYS_PMC_H_ */