sys/kern/sched_4bsd.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1982, 1986, 1990, 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   4  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   5  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   6  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   7  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   8  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  */
  34
  35 #include <sys/cdefs.h>
  36 __FBSDID("$FreeBSD$");
  37
  38 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
  39 #include "opt_sched.h"
  40 #include "opt_kdtrace.h"
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/systm.h>
  44 #include <sys/cpuset.h>
  45 #include <sys/kernel.h>
  46 #include <sys/ktr.h>
  47 #include <sys/lock.h>
  48 #include <sys/kthread.h>
  49 #include <sys/mutex.h>
  50 #include <sys/proc.h>
  51 #include <sys/resourcevar.h>
  52 #include <sys/sched.h>
  53 #include <sys/sdt.h>
  54 #include <sys/smp.h>
  55 #include <sys/sysctl.h>
  56 #include <sys/sx.h>
  57 #include <sys/turnstile.h>
  58 #include <sys/umtx.h>
  59 #include <machine/pcb.h>
  60 #include <machine/smp.h>
  61
  62 #ifdef HWPMC_HOOKS
  63 #include <sys/pmckern.h>
  64 #endif
  65
  66 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  67 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  68 int                             dtrace_vtime_active;
  69 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
  70 #endif
  71
  72 /*
  73  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT is only suitable for statclock() frequencies in
  74  * the range 100-256 Hz (approximately).
  75  */
  76 #define ESTCPULIM(e) \
  77     min((e), INVERSE_ESTCPU_WEIGHT * (NICE_WEIGHT * (PRIO_MAX - PRIO_MIN) - \
  78     RQ_PPQ) + INVERSE_ESTCPU_WEIGHT - 1)
  79 #ifdef SMP
  80 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   (8 * smp_cpus)
  81 #else
  82 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   8       /* 1 / (priorities per estcpu level). */
  83 #endif
  84 #define NICE_WEIGHT             1       /* Priorities per nice level. */
  85
  86 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
  87
  88 /*
  89  * The schedulable entity that runs a context.
  90  * This is  an extension to the thread structure and is tailored to
  91  * the requirements of this scheduler
  92  */
  93 struct td_sched {
  94         fixpt_t         ts_pctcpu;      /* (j) %cpu during p_swtime. */
  95         int             ts_cpticks;     /* (j) Ticks of cpu time. */
  96         int             ts_slptime;     /* (j) Seconds !RUNNING. */
  97         int             ts_slice;       /* Remaining part of time slice. */
  98         int             ts_flags;
  99         struct runq     *ts_runq;       /* runq the thread is currently on */
 100 #ifdef KTR
 101         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
 102 #endif
 103 };
 104
 105 /* flags kept in td_flags */
 106 #define TDF_DIDRUN      TDF_SCHED0      /* thread actually ran. */
 107 #define TDF_BOUND       TDF_SCHED1      /* Bound to one CPU. */
 108 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
 109
 110 /* flags kept in ts_flags */
 111 #define TSF_AFFINITY    0x0001          /* Has a non-"full" CPU set. */
 112
 113 #define SKE_RUNQ_PCPU(ts)                                               \
 114     ((ts)->ts_runq != 0 && (ts)->ts_runq != &runq)
 115
 116 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
 117     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
 118
 119 static struct td_sched td_sched0;
 120 struct mtx sched_lock;
 121
 122 static int      realstathz = 127; /* stathz is sometimes 0 and run off of hz. */
 123 static int      sched_tdcnt;    /* Total runnable threads in the system. */
 124 static int      sched_slice = 12; /* Thread run time before rescheduling. */
 125
 126 static void     setup_runqs(void);
 127 static void     schedcpu(void);
 128 static void     schedcpu_thread(void);
 129 static void     sched_priority(struct thread *td, u_char prio);
 130 static void     sched_setup(void *dummy);
 131 static void     maybe_resched(struct thread *td);
 132 static void     updatepri(struct thread *td);
 133 static void     resetpriority(struct thread *td);
 134 static void     resetpriority_thread(struct thread *td);
 135 #ifdef SMP
 136 static int      sched_pickcpu(struct thread *td);
 137 static int      forward_wakeup(int cpunum);
 138 static void     kick_other_cpu(int pri, int cpuid);
 139 #endif
 140
 141 static struct kproc_desc sched_kp = {
 142         "schedcpu",
 143         schedcpu_thread,
 144         NULL
 145 };
 146 SYSINIT(schedcpu, SI_SUB_LAST, SI_ORDER_FIRST, kproc_start,
 147     &sched_kp);
 148 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
 149
 150 static void sched_initticks(void *dummy);
 151 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
 152     NULL);
 153
 154 /*
 155  * Global run queue.
 156  */
 157 static struct runq runq;
 158
 159 #ifdef SMP
 160 /*
 161  * Per-CPU run queues
 162  */
 163 static struct runq runq_pcpu[MAXCPU];
 164 long runq_length[MAXCPU];
 165
 166 static cpuset_t idle_cpus_mask;
 167 #endif
 168
 169 struct pcpuidlestat {
 170         u_int idlecalls;
 171         u_int oldidlecalls;
 172 };
 173 static DPCPU_DEFINE(struct pcpuidlestat, idlestat);
 174
 175 static void
 176 setup_runqs(void)
 177 {
 178 #ifdef SMP
 179         int i;
 180
 181         for (i = 0; i < MAXCPU; ++i)
 182                 runq_init(&runq_pcpu[i]);
 183 #endif
 184
 185         runq_init(&runq);
 186 }
 187
 188 static int
 189 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 190 {
 191         int error, new_val, period;
 192
 193         period = 1000000 / realstathz;
 194         new_val = period * sched_slice;
 195         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
 196         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 197                 return (error);
 198         if (new_val <= 0)
 199                 return (EINVAL);
 200         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
 201         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
 202             realstathz);
 203         return (0);
 204 }
 205
 206 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RD, 0, "Scheduler");
 207
 208 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "4BSD", 0,
 209     "Scheduler name");
 210 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
 211     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
 212     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
 213 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
 214     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
 215 #ifdef SMP
 216 /* Enable forwarding of wakeups to all other cpus */
 217 static SYSCTL_NODE(_kern_sched, OID_AUTO, ipiwakeup, CTLFLAG_RD, NULL,
 218     "Kernel SMP");
 219
 220 static int runq_fuzz = 1;
 221 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, runq_fuzz, CTLFLAG_RW, &runq_fuzz, 0, "");
 222
 223 static int forward_wakeup_enabled = 1;
 224 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, enabled, CTLFLAG_RW,
 225            &forward_wakeup_enabled, 0,
 226            "Forwarding of wakeup to idle CPUs");
 227
 228 static int forward_wakeups_requested = 0;
 229 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, requested, CTLFLAG_RD,
 230            &forward_wakeups_requested, 0,
 231            "Requests for Forwarding of wakeup to idle CPUs");
 232
 233 static int forward_wakeups_delivered = 0;
 234 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, delivered, CTLFLAG_RD,
 235            &forward_wakeups_delivered, 0,
 236            "Completed Forwarding of wakeup to idle CPUs");
 237
 238 static int forward_wakeup_use_mask = 1;
 239 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, usemask, CTLFLAG_RW,
 240            &forward_wakeup_use_mask, 0,
 241            "Use the mask of idle cpus");
 242
 243 static int forward_wakeup_use_loop = 0;
 244 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, useloop, CTLFLAG_RW,
 245            &forward_wakeup_use_loop, 0,
 246            "Use a loop to find idle cpus");
 247
 248 #endif
 249 #if 0
 250 static int sched_followon = 0;
 251 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, followon, CTLFLAG_RW,
 252            &sched_followon, 0,
 253            "allow threads to share a quantum");
 254 #endif
 255
 256 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
 257
 258 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change__pri, "struct thread *",
 259     "struct proc *", "uint8_t");
 260 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *",
 261     "struct proc *", "void *");
 262 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *",
 263     "struct proc *", "void *", "int");
 264 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *",
 265     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
 266 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
 267 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *",
 268     "struct proc *");
 269 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
 270 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
 271 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, "struct thread *",
 272     "struct proc *");
 273
 274 static __inline void
 275 sched_load_add(void)
 276 {
 277
 278         sched_tdcnt++;
 279         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
 280         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
 281 }
 282
 283 static __inline void
 284 sched_load_rem(void)
 285 {
 286
 287         sched_tdcnt--;
 288         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
 289         SDT_PROBE2(sched, , , load__change, NOCPU, sched_tdcnt);
 290 }
 291 /*
 292  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
 293  * schedulers into account.
 294  */
 295 static void
 296 maybe_resched(struct thread *td)
 297 {
 298
 299         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 300         if (td->td_priority < curthread->td_priority)
 301                 curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 302 }
 303
 304 /*
 305  * This function is called when a thread is about to be put on run queue
 306  * because it has been made runnable or its priority has been adjusted.  It
 307  * determines if the new thread should be immediately preempted to.  If so,
 308  * it switches to it and eventually returns true.  If not, it returns false
 309  * so that the caller may place the thread on an appropriate run queue.
 310  */
 311 int
 312 maybe_preempt(struct thread *td)
 313 {
 314 #ifdef PREEMPTION
 315         struct thread *ctd;
 316         int cpri, pri;
 317
 318         /*
 319          * The new thread should not preempt the current thread if any of the
 320          * following conditions are true:
 321          *
 322          *  - The kernel is in the throes of crashing (panicstr).
 323          *  - The current thread has a higher (numerically lower) or
 324          *    equivalent priority.  Note that this prevents curthread from
 325          *    trying to preempt to itself.
 326          *  - It is too early in the boot for context switches (cold is set).
 327          *  - The current thread has an inhibitor set or is in the process of
 328          *    exiting.  In this case, the current thread is about to switch
 329          *    out anyways, so there's no point in preempting.  If we did,
 330          *    the current thread would not be properly resumed as well, so
 331          *    just avoid that whole landmine.
 332          *  - If the new thread's priority is not a realtime priority and
 333          *    the current thread's priority is not an idle priority and
 334          *    FULL_PREEMPTION is disabled.
 335          *
 336          * If all of these conditions are false, but the current thread is in
 337          * a nested critical section, then we have to defer the preemption
 338          * until we exit the critical section.  Otherwise, switch immediately
 339          * to the new thread.
 340          */
 341         ctd = curthread;
 342         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 343         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
 344                         ("maybe_preempt: trying to run inhibited thread"));
 345         pri = td->td_priority;
 346         cpri = ctd->td_priority;
 347         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold /* || dumping */ ||
 348             TD_IS_INHIBITED(ctd))
 349                 return (0);
 350 #ifndef FULL_PREEMPTION
 351         if (pri > PRI_MAX_ITHD && cpri < PRI_MIN_IDLE)
 352                 return (0);
 353 #endif
 354
 355         if (ctd->td_critnest > 1) {
 356                 CTR1(KTR_PROC, "maybe_preempt: in critical section %d",
 357                     ctd->td_critnest);
 358                 ctd->td_owepreempt = 1;
 359                 return (0);
 360         }
 361         /*
 362          * Thread is runnable but not yet put on system run queue.
 363          */
 364         MPASS(ctd->td_lock == td->td_lock);
 365         MPASS(TD_ON_RUNQ(td));
 366         TD_SET_RUNNING(td);
 367         CTR3(KTR_PROC, "preempting to thread %p (pid %d, %s)\n", td,
 368             td->td_proc->p_pid, td->td_name);
 369         mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT, td);
 370         /*
 371          * td's lock pointer may have changed.  We have to return with it
 372          * locked.
 373          */
 374         spinlock_enter();
 375         thread_unlock(ctd);
 376         thread_lock(td);
 377         spinlock_exit();
 378         return (1);
 379 #else
 380         return (0);
 381 #endif
 382 }
 383
 384 /*
 385  * Constants for digital decay and forget:
 386  *      90% of (td_estcpu) usage in 5 * loadav time
 387  *      95% of (ts_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
 388  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
 389  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
 390  *
 391  * Note that schedclock() updates td_estcpu and p_cpticks asynchronously.
 392  *
 393  * We wish to decay away 90% of td_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
 394  * That is, the system wants to compute a value of decay such
 395  * that the following for loop:
 396  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
 397  *              td_estcpu *= decay;
 398  * will compute
 399  *      td_estcpu *= 0.1;
 400  * for all values of loadavg:
 401  *
 402  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
 403  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 404  *
 405  * The system computes decay as:
 406  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
 407  *
 408  * We wish to prove that the system's computation of decay
 409  * will always fulfill the equation:
 410  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 411  *
 412  * If we compute b as:
 413  *      b = 2 * loadavg
 414  * then
 415  *      decay = b / (b + 1)
 416  *
 417  * We now need to prove two things:
 418  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
 419  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
 420  *
 421  * Facts:
 422  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
 423  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
 424  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
 425  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
 426  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
 427  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
 428  *         ln(.1) =~ -2.30
 429  *
 430  * Proof of (1):
 431  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
 432  *      solving for factor,
 433  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
 434  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
 435  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
 436  *
 437  * Proof of (2):
 438  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
 439  *      solving for power,
 440  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
 441  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
 442  *
 443  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
 444  *      loadav: 1       2       3       4
 445  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
 446  */
 447
 448 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
 449 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
 450 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
 451
 452 /* decay 95% of `ts_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
 453 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
 454 SYSCTL_UINT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");
 455
 456 /*
 457  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
 458  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
 459  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
 460  *
 461  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
 462  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
 463  *
 464  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
 465  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
 466  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
 467  */
 468 #define CCPU_SHIFT      11
 469
 470 /*
 471  * Recompute process priorities, every hz ticks.
 472  * MP-safe, called without the Giant mutex.
 473  */
 474 /* ARGSUSED */
 475 static void
 476 schedcpu(void)
 477 {
 478         register fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 479         struct thread *td;
 480         struct proc *p;
 481         struct td_sched *ts;
 482         int awake;
 483
 484         sx_slock(&allproc_lock);
 485         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
 486                 PROC_LOCK(p);
 487                 if (p->p_state == PRS_NEW) {
 488                         PROC_UNLOCK(p);
 489                         continue;
 490                 }
 491                 FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
 492                         awake = 0;
 493                         thread_lock(td);
 494                         ts = td->td_sched;
 495                         /*
 496                          * Increment sleep time (if sleeping).  We
 497                          * ignore overflow, as above.
 498                          */
 499                         /*
 500                          * The td_sched slptimes are not touched in wakeup
 501                          * because the thread may not HAVE everything in
 502                          * memory? XXX I think this is out of date.
 503                          */
 504                         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
 505                                 awake = 1;
 506                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
 507                         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
 508                                 awake = 1;
 509                                 /* Do not clear TDF_DIDRUN */
 510                         } else if (td->td_flags & TDF_DIDRUN) {
 511                                 awake = 1;
 512                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
 513                         }
 514
 515                         /*
 516                          * ts_pctcpu is only for ps and ttyinfo().
 517                          */
 518                         ts->ts_pctcpu = (ts->ts_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
 519                         /*
 520                          * If the td_sched has been idle the entire second,
 521                          * stop recalculating its priority until
 522                          * it wakes up.
 523                          */
 524                         if (ts->ts_cpticks != 0) {
 525 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
 526                                 ts->ts_pctcpu += (realstathz == 100)
 527                                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
 528                                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
 529                                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
 530                                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
 531 #else
 532                                 ts->ts_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
 533                                     (ts->ts_cpticks *
 534                                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
 535 #endif
 536                                 ts->ts_cpticks = 0;
 537                         }
 538                         /*
 539                          * If there are ANY running threads in this process,
 540                          * then don't count it as sleeping.
 541                          * XXX: this is broken.
 542                          */
 543                         if (awake) {
 544                                 if (ts->ts_slptime > 1) {
 545                                         /*
 546                                          * In an ideal world, this should not
 547                                          * happen, because whoever woke us
 548                                          * up from the long sleep should have
 549                                          * unwound the slptime and reset our
 550                                          * priority before we run at the stale
 551                                          * priority.  Should KASSERT at some
 552                                          * point when all the cases are fixed.
 553                                          */
 554                                         updatepri(td);
 555                                 }
 556                                 ts->ts_slptime = 0;
 557                         } else
 558                                 ts->ts_slptime++;
 559                         if (ts->ts_slptime > 1) {
 560                                 thread_unlock(td);
 561                                 continue;
 562                         }
 563                         td->td_estcpu = decay_cpu(loadfac, td->td_estcpu);
 564                         resetpriority(td);
 565                         resetpriority_thread(td);
 566                         thread_unlock(td);
 567                 }
 568                 PROC_UNLOCK(p);
 569         }
 570         sx_sunlock(&allproc_lock);
 571 }
 572
 573 /*
 574  * Main loop for a kthread that executes schedcpu once a second.
 575  */
 576 static void
 577 schedcpu_thread(void)
 578 {
 579
 580         for (;;) {
 581                 schedcpu();
 582                 pause("-", hz);
 583         }
 584 }
 585
 586 /*
 587  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
 588  * For all load averages >= 1 and max td_estcpu of 255, sleeping for at
 589  * least six times the loadfactor will decay td_estcpu to zero.
 590  */
 591 static void
 592 updatepri(struct thread *td)
 593 {
 594         struct td_sched *ts;
 595         fixpt_t loadfac;
 596         unsigned int newcpu;
 597
 598         ts = td->td_sched;
 599         loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 600         if (ts->ts_slptime > 5 * loadfac)
 601                 td->td_estcpu = 0;
 602         else {
 603                 newcpu = td->td_estcpu;
 604                 ts->ts_slptime--;       /* was incremented in schedcpu() */
 605                 while (newcpu && --ts->ts_slptime)
 606                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
 607                 td->td_estcpu = newcpu;
 608         }
 609 }
 610
 611 /*
 612  * Compute the priority of a process when running in user mode.
 613  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
 614  * than that of the current process.
 615  */
 616 static void
 617 resetpriority(struct thread *td)
 618 {
 619         register unsigned int newpriority;
 620
 621         if (td->td_pri_class == PRI_TIMESHARE) {
 622                 newpriority = PUSER + td->td_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
 623                     NICE_WEIGHT * (td->td_proc->p_nice - PRIO_MIN);
 624                 newpriority = min(max(newpriority, PRI_MIN_TIMESHARE),
 625                     PRI_MAX_TIMESHARE);
 626                 sched_user_prio(td, newpriority);
 627         }
 628 }
 629
 630 /*
 631  * Update the thread's priority when the associated process's user
 632  * priority changes.
 633  */
 634 static void
 635 resetpriority_thread(struct thread *td)
 636 {
 637
 638         /* Only change threads with a time sharing user priority. */
 639         if (td->td_priority < PRI_MIN_TIMESHARE ||
 640             td->td_priority > PRI_MAX_TIMESHARE)
 641                 return;
 642
 643         /* XXX the whole needresched thing is broken, but not silly. */
 644         maybe_resched(td);
 645
 646         sched_prio(td, td->td_user_pri);
 647 }
 648
 649 /* ARGSUSED */
 650 static void
 651 sched_setup(void *dummy)
 652 {
 653
 654         setup_runqs();
 655
 656         /* Account for thread0. */
 657         sched_load_add();
 658 }
 659
 660 /*
 661  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
 662  */
 663 static void
 664 sched_initticks(void *dummy)
 665 {
 666
 667         realstathz = stathz ? stathz : hz;
 668         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
 669         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
 670             realstathz);
 671 }
 672
 673 /* External interfaces start here */
 674
 675 /*
 676  * Very early in the boot some setup of scheduler-specific
 677  * parts of proc0 and of some scheduler resources needs to be done.
 678  * Called from:
 679  *  proc0_init()
 680  */
 681 void
 682 schedinit(void)
 683 {
 684         /*
 685          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
 686          */
 687         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
 688         thread0.td_sched = &td_sched0;
 689         thread0.td_lock = &sched_lock;
 690         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
 691         mtx_init(&sched_lock, "sched lock", NULL, MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
 692 }
 693
 694 int
 695 sched_runnable(void)
 696 {
 697 #ifdef SMP
 698         return runq_check(&runq) + runq_check(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
 699 #else
 700         return runq_check(&runq);
 701 #endif
 702 }
 703
 704 int
 705 sched_rr_interval(void)
 706 {
 707
 708         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
 709         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
 710 }
 711
 712 /*
 713  * We adjust the priority of the current process.  The priority of
 714  * a process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
 715  * estimator (td_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
 716  * compute a different priority each time td_estcpu increases by
 717  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT
 718  * (until MAXPRI is reached).  The cpu usage estimator ramps up
 719  * quite quickly when the process is running (linearly), and decays
 720  * away exponentially, at a rate which is proportionally slower when
 721  * the system is busy.  The basic principle is that the system will
 722  * 90% forget that the process used a lot of CPU time in 5 * loadav
 723  * seconds.  This causes the system to favor processes which haven't
 724  * run much recently, and to round-robin among other processes.
 725  */
 726 void
 727 sched_clock(struct thread *td)
 728 {
 729         struct pcpuidlestat *stat;
 730         struct td_sched *ts;
 731
 732         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 733         ts = td->td_sched;
 734
 735         ts->ts_cpticks++;
 736         td->td_estcpu = ESTCPULIM(td->td_estcpu + 1);
 737         if ((td->td_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
 738                 resetpriority(td);
 739                 resetpriority_thread(td);
 740         }
 741
 742         /*
 743          * Force a context switch if the current thread has used up a full
 744          * time slice (default is 100ms).
 745          */
 746         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
 747                 ts->ts_slice = sched_slice;
 748                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
 749         }
 750
 751         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
 752         stat->oldidlecalls = stat->idlecalls;
 753         stat->idlecalls = 0;
 754 }
 755
 756 /*
 757  * Charge child's scheduling CPU usage to parent.
 758  */
 759 void
 760 sched_exit(struct proc *p, struct thread *td)
 761 {
 762
 763         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "proc exit",
 764             "prio:%d", td->td_priority);
 765
 766         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
 767         sched_exit_thread(FIRST_THREAD_IN_PROC(p), td);
 768 }
 769
 770 void
 771 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
 772 {
 773
 774         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "exit",
 775             "prio:%d", child->td_priority);
 776         thread_lock(td);
 777         td->td_estcpu = ESTCPULIM(td->td_estcpu + child->td_estcpu);
 778         thread_unlock(td);
 779         thread_lock(child);
 780         if ((child->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
 781                 sched_load_rem();
 782         thread_unlock(child);
 783 }
 784
 785 void
 786 sched_fork(struct thread *td, struct thread *childtd)
 787 {
 788         sched_fork_thread(td, childtd);
 789 }
 790
 791 void
 792 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *childtd)
 793 {
 794         struct td_sched *ts;
 795
 796         childtd->td_oncpu = NOCPU;
 797         childtd->td_lastcpu = NOCPU;
 798         childtd->td_estcpu = td->td_estcpu;
 799         childtd->td_lock = &sched_lock;
 800         childtd->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
 801         childtd->td_priority = childtd->td_base_pri;
 802         ts = childtd->td_sched;
 803         bzero(ts, sizeof(*ts));
 804         ts->ts_flags |= (td->td_sched->ts_flags & TSF_AFFINITY);
 805         ts->ts_slice = 1;
 806 }
 807
 808 void
 809 sched_nice(struct proc *p, int nice)
 810 {
 811         struct thread *td;
 812
 813         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
 814         p->p_nice = nice;
 815         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
 816                 thread_lock(td);
 817                 resetpriority(td);
 818                 resetpriority_thread(td);
 819                 thread_unlock(td);
 820         }
 821 }
 822
 823 void
 824 sched_class(struct thread *td, int class)
 825 {
 826         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 827         td->td_pri_class = class;
 828 }
 829
 830 /*
 831  * Adjust the priority of a thread.
 832  */
 833 static void
 834 sched_priority(struct thread *td, u_char prio)
 835 {
 836
 837
 838         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "priority change",
 839             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio, KTR_ATTR_LINKED,
 840             sched_tdname(curthread));
 841         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
 842         if (td != curthread && prio > td->td_priority) {
 843                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
 844                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
 845                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
 846                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio,
 847                     curthread);
 848         }
 849         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 850         if (td->td_priority == prio)
 851                 return;
 852         td->td_priority = prio;
 853         if (TD_ON_RUNQ(td) && td->td_rqindex != (prio / RQ_PPQ)) {
 854                 sched_rem(td);
 855                 sched_add(td, SRQ_BORING);
 856         }
 857 }
 858
 859 /*
 860  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
 861  * priority.
 862  */
 863 void
 864 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
 865 {
 866
 867         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
 868         sched_priority(td, prio);
 869 }
 870
 871 /*
 872  * Restore a thread's priority when priority propagation is
 873  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
 874  * needs to have to satisfy other possible priority lending
 875  * requests.  If the thread's regulary priority is less
 876  * important than prio the thread will keep a priority boost
 877  * of prio.
 878  */
 879 void
 880 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
 881 {
 882         u_char base_pri;
 883
 884         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
 885             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
 886                 base_pri = td->td_user_pri;
 887         else
 888                 base_pri = td->td_base_pri;
 889         if (prio >= base_pri) {
 890                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
 891                 sched_prio(td, base_pri);
 892         } else
 893                 sched_lend_prio(td, prio);
 894 }
 895
 896 void
 897 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
 898 {
 899         u_char oldprio;
 900
 901         /* First, update the base priority. */
 902         td->td_base_pri = prio;
 903
 904         /*
 905          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't ever
 906          * lower the priority.
 907          */
 908         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
 909                 return;
 910
 911         /* Change the real priority. */
 912         oldprio = td->td_priority;
 913         sched_priority(td, prio);
 914
 915         /*
 916          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
 917          * its state.
 918          */
 919         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
 920                 turnstile_adjust(td, oldprio);
 921 }
 922
 923 void
 924 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
 925 {
 926
 927         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 928         td->td_base_user_pri = prio;
 929         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
 930                 return;
 931         td->td_user_pri = prio;
 932 }
 933
 934 void
 935 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
 936 {
 937
 938         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 939         td->td_lend_user_pri = prio;
 940         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
 941         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
 942                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
 943         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
 944                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 945 }
 946
 947 void
 948 sched_sleep(struct thread *td, int pri)
 949 {
 950
 951         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 952         td->td_slptick = ticks;
 953         td->td_sched->ts_slptime = 0;
 954         if (pri != 0 && PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
 955                 sched_prio(td, pri);
 956         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || pri >= PSOCK)
 957                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
 958 }
 959
 960 void
 961 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
 962 {
 963         struct mtx *tmtx;
 964         struct td_sched *ts;
 965         struct proc *p;
 966         int preempted;
 967
 968         tmtx = NULL;
 969         ts = td->td_sched;
 970         p = td->td_proc;
 971
 972         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 973
 974         /*
 975          * Switch to the sched lock to fix things up and pick
 976          * a new thread.
 977          * Block the td_lock in order to avoid breaking the critical path.
 978          */
 979         if (td->td_lock != &sched_lock) {
 980                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
 981                 tmtx = thread_lock_block(td);
 982         }
 983
 984         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
 985                 sched_load_rem();
 986
 987         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
 988         preempted = !((td->td_flags & TDF_SLICEEND) ||
 989             (flags & SWT_RELINQUISH));
 990         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
 991         td->td_owepreempt = 0;
 992         td->td_oncpu = NOCPU;
 993
 994         /*
 995          * At the last moment, if this thread is still marked RUNNING,
 996          * then put it back on the run queue as it has not been suspended
 997          * or stopped or any thing else similar.  We never put the idle
 998          * threads on the run queue, however.
 999          */
1000         if (td->td_flags & TDF_IDLETD) {
1001                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1002 #ifdef SMP
1003                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1004 #endif
1005         } else {
1006                 if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1007                         /* Put us back on the run queue. */
1008                         sched_add(td, preempted ?
1009                             SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1010                             SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING);
1011                 }
1012         }
1013         if (newtd) {
1014                 /*
1015                  * The thread we are about to run needs to be counted
1016                  * as if it had been added to the run queue and selected.
1017                  * It came from:
1018                  * * A preemption
1019                  * * An upcall
1020                  * * A followon
1021                  */
1022                 KASSERT((newtd->td_inhibitors == 0),
1023                         ("trying to run inhibited thread"));
1024                 newtd->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1025                 TD_SET_RUNNING(newtd);
1026                 if ((newtd->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1027                         sched_load_add();
1028         } else {
1029                 newtd = choosethread();
1030                 MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
1031         }
1032
1033         if (td != newtd) {
1034 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1035                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1036                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1037 #endif
1038
1039                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1040
1041                 /* I feel sleepy */
1042                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object);
1043 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1044                 /*
1045                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1046                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1047                  * function to call.
1048                  */
1049                 if (dtrace_vtime_active)
1050                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1051 #endif
1052
1053                 cpu_switch(td, newtd, tmtx != NULL ? tmtx : td->td_lock);
1054                 lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object,
1055                     0, 0, __FILE__, __LINE__);
1056                 /*
1057                  * Where am I?  What year is it?
1058                  * We are in the same thread that went to sleep above,
1059                  * but any amount of time may have passed. All our context
1060                  * will still be available as will local variables.
1061                  * PCPU values however may have changed as we may have
1062                  * changed CPU so don't trust cached values of them.
1063                  * New threads will go to fork_exit() instead of here
1064                  * so if you change things here you may need to change
1065                  * things there too.
1066                  *
1067                  * If the thread above was exiting it will never wake
1068                  * up again here, so either it has saved everything it
1069                  * needed to, or the thread_wait() or wait() will
1070                  * need to reap it.
1071                  */
1072
1073                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1074 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1075                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1076                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1077 #endif
1078         } else
1079                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1080
1081 #ifdef SMP
1082         if (td->td_flags & TDF_IDLETD)
1083                 CPU_SET(PCPU_GET(cpuid), &idle_cpus_mask);
1084 #endif
1085         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1086         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1087         MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1088 }
1089
1090 void
1091 sched_wakeup(struct thread *td)
1092 {
1093         struct td_sched *ts;
1094
1095         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1096         ts = td->td_sched;
1097         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1098         if (ts->ts_slptime > 1) {
1099                 updatepri(td);
1100                 resetpriority(td);
1101         }
1102         td->td_slptick = 0;
1103         ts->ts_slptime = 0;
1104         ts->ts_slice = sched_slice;
1105         sched_add(td, SRQ_BORING);
1106 }
1107
1108 #ifdef SMP
1109 static int
1110 forward_wakeup(int cpunum)
1111 {
1112         struct pcpu *pc;
1113         cpuset_t dontuse, map, map2;
1114         u_int id, me;
1115         int iscpuset;
1116
1117         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1118
1119         CTR0(KTR_RUNQ, "forward_wakeup()");
1120
1121         if ((!forward_wakeup_enabled) ||
1122              (forward_wakeup_use_mask == 0 && forward_wakeup_use_loop == 0))
1123                 return (0);
1124         if (!smp_started || cold || panicstr)
1125                 return (0);
1126
1127         forward_wakeups_requested++;
1128
1129         /*
1130          * Check the idle mask we received against what we calculated
1131          * before in the old version.
1132          */
1133         me = PCPU_GET(cpuid);
1134
1135         /* Don't bother if we should be doing it ourself. */
1136         if (CPU_ISSET(me, &idle_cpus_mask) &&
1137             (cpunum == NOCPU || me == cpunum))
1138                 return (0);
1139
1140         CPU_SETOF(me, &dontuse);
1141         CPU_OR(&dontuse, &stopped_cpus);
1142         CPU_OR(&dontuse, &hlt_cpus_mask);
1143         CPU_ZERO(&map2);
1144         if (forward_wakeup_use_loop) {
1145                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1146                         id = pc->pc_cpuid;
1147                         if (!CPU_ISSET(id, &dontuse) &&
1148                             pc->pc_curthread == pc->pc_idlethread) {
1149                                 CPU_SET(id, &map2);
1150                         }
1151                 }
1152         }
1153
1154         if (forward_wakeup_use_mask) {
1155                 map = idle_cpus_mask;
1156                 CPU_NAND(&map, &dontuse);
1157
1158                 /* If they are both on, compare and use loop if different. */
1159                 if (forward_wakeup_use_loop) {
1160                         if (CPU_CMP(&map, &map2)) {
1161                                 printf("map != map2, loop method preferred\n");
1162                                 map = map2;
1163                         }
1164                 }
1165         } else {
1166                 map = map2;
1167         }
1168
1169         /* If we only allow a specific CPU, then mask off all the others. */
1170         if (cpunum != NOCPU) {
1171                 KASSERT((cpunum <= mp_maxcpus),("forward_wakeup: bad cpunum."));
1172                 iscpuset = CPU_ISSET(cpunum, &map);
1173                 if (iscpuset == 0)
1174                         CPU_ZERO(&map);
1175                 else
1176                         CPU_SETOF(cpunum, &map);
1177         }
1178         if (!CPU_EMPTY(&map)) {
1179                 forward_wakeups_delivered++;
1180                 STAILQ_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1181                         id = pc->pc_cpuid;
1182                         if (!CPU_ISSET(id, &map))
1183                                 continue;
1184                         if (cpu_idle_wakeup(pc->pc_cpuid))
1185                                 CPU_CLR(id, &map);
1186                 }
1187                 if (!CPU_EMPTY(&map))
1188                         ipi_selected(map, IPI_AST);
1189                 return (1);
1190         }
1191         if (cpunum == NOCPU)
1192                 printf("forward_wakeup: Idle processor not found\n");
1193         return (0);
1194 }
1195
1196 static void
1197 kick_other_cpu(int pri, int cpuid)
1198 {
1199         struct pcpu *pcpu;
1200         int cpri;
1201
1202         pcpu = pcpu_find(cpuid);
1203         if (CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask)) {
1204                 forward_wakeups_delivered++;
1205                 if (!cpu_idle_wakeup(cpuid))
1206                         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1207                 return;
1208         }
1209
1210         cpri = pcpu->pc_curthread->td_priority;
1211         if (pri >= cpri)
1212                 return;
1213
1214 #if defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION)
1215 #if !defined(FULL_PREEMPTION)
1216         if (pri <= PRI_MAX_ITHD)
1217 #endif /* ! FULL_PREEMPTION */
1218         {
1219                 ipi_cpu(cpuid, IPI_PREEMPT);
1220                 return;
1221         }
1222 #endif /* defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION) */
1223
1224         pcpu->pc_curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1225         ipi_cpu(cpuid, IPI_AST);
1226         return;
1227 }
1228 #endif /* SMP */
1229
1230 #ifdef SMP
1231 static int
1232 sched_pickcpu(struct thread *td)
1233 {
1234         int best, cpu;
1235
1236         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1237
1238         if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_lastcpu))
1239                 best = td->td_lastcpu;
1240         else
1241                 best = NOCPU;
1242         CPU_FOREACH(cpu) {
1243                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1244                         continue;
1245
1246                 if (best == NOCPU)
1247                         best = cpu;
1248                 else if (runq_length[cpu] < runq_length[best])
1249                         best = cpu;
1250         }
1251         KASSERT(best != NOCPU, ("no valid CPUs"));
1252
1253         return (best);
1254 }
1255 #endif
1256
1257 void
1258 sched_add(struct thread *td, int flags)
1259 #ifdef SMP
1260 {
1261         cpuset_t tidlemsk;
1262         struct td_sched *ts;
1263         u_int cpu, cpuid;
1264         int forwarded = 0;
1265         int single_cpu = 0;
1266
1267         ts = td->td_sched;
1268         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1269         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1270             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1271         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1272             ("sched_add: bad thread state"));
1273         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1274             ("sched_add: thread swapped out"));
1275
1276         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1277             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1278             sched_tdname(curthread));
1279         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1280             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1281         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL,
1282             flags & SRQ_PREEMPTED);
1283
1284
1285         /*
1286          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1287          * to the scheduler's lock.
1288          */
1289         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1290                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1291                 thread_lock_set(td, &sched_lock);
1292         }
1293         TD_SET_RUNQ(td);
1294
1295         /*
1296          * If SMP is started and the thread is pinned or otherwise limited to
1297          * a specific set of CPUs, queue the thread to a per-CPU run queue.
1298          * Otherwise, queue the thread to the global run queue.
1299          *
1300          * If SMP has not yet been started we must use the global run queue
1301          * as per-CPU state may not be initialized yet and we may crash if we
1302          * try to access the per-CPU run queues.
1303          */
1304         if (smp_started && (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND ||
1305             ts->ts_flags & TSF_AFFINITY)) {
1306                 if (td->td_pinned != 0)
1307                         cpu = td->td_lastcpu;
1308                 else if (td->td_flags & TDF_BOUND) {
1309                         /* Find CPU from bound runq. */
1310                         KASSERT(SKE_RUNQ_PCPU(ts),
1311                             ("sched_add: bound td_sched not on cpu runq"));
1312                         cpu = ts->ts_runq - &runq_pcpu[0];
1313                 } else
1314                         /* Find a valid CPU for our cpuset */
1315                         cpu = sched_pickcpu(td);
1316                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1317                 single_cpu = 1;
1318                 CTR3(KTR_RUNQ,
1319                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1320                     cpu);
1321         } else {
1322                 CTR2(KTR_RUNQ,
1323                     "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to gbl runq", ts,
1324                     td);
1325                 cpu = NOCPU;
1326                 ts->ts_runq = &runq;
1327         }
1328
1329         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1330         if (single_cpu && cpu != cpuid) {
1331                 kick_other_cpu(td->td_priority, cpu);
1332         } else {
1333                 if (!single_cpu) {
1334                         tidlemsk = idle_cpus_mask;
1335                         CPU_NAND(&tidlemsk, &hlt_cpus_mask);
1336                         CPU_CLR(cpuid, &tidlemsk);
1337
1338                         if (!CPU_ISSET(cpuid, &idle_cpus_mask) &&
1339                             ((flags & SRQ_INTR) == 0) &&
1340                             !CPU_EMPTY(&tidlemsk))
1341                                 forwarded = forward_wakeup(cpu);
1342                 }
1343
1344                 if (!forwarded) {
1345                         if ((flags & SRQ_YIELDING) == 0 && maybe_preempt(td))
1346                                 return;
1347                         else
1348                                 maybe_resched(td);
1349                 }
1350         }
1351
1352         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1353                 sched_load_add();
1354         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1355         if (cpu != NOCPU)
1356                 runq_length[cpu]++;
1357 }
1358 #else /* SMP */
1359 {
1360         struct td_sched *ts;
1361
1362         ts = td->td_sched;
1363         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1364         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1365             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1366         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1367             ("sched_add: bad thread state"));
1368         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1369             ("sched_add: thread swapped out"));
1370         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1371             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1372             sched_tdname(curthread));
1373         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1374             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1375         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL,
1376             flags & SRQ_PREEMPTED);
1377
1378         /*
1379          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1380          * to the scheduler's lock.
1381          */
1382         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1383                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1384                 thread_lock_set(td, &sched_lock);
1385         }
1386         TD_SET_RUNQ(td);
1387         CTR2(KTR_RUNQ, "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to runq", ts, td);
1388         ts->ts_runq = &runq;
1389
1390         /*
1391          * If we are yielding (on the way out anyhow) or the thread
1392          * being saved is US, then don't try be smart about preemption
1393          * or kicking off another CPU as it won't help and may hinder.
1394          * In the YIEDLING case, we are about to run whoever is being
1395          * put in the queue anyhow, and in the OURSELF case, we are
1396          * puting ourself on the run queue which also only happens
1397          * when we are about to yield.
1398          */
1399         if ((flags & SRQ_YIELDING) == 0) {
1400                 if (maybe_preempt(td))
1401                         return;
1402         }
1403         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1404                 sched_load_add();
1405         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1406         maybe_resched(td);
1407 }
1408 #endif /* SMP */
1409
1410 void
1411 sched_rem(struct thread *td)
1412 {
1413         struct td_sched *ts;
1414
1415         ts = td->td_sched;
1416         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1417             ("sched_rem: thread swapped out"));
1418         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
1419             ("sched_rem: thread not on run queue"));
1420         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1421         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
1422             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1423             sched_tdname(curthread));
1424         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
1425
1426         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
1427                 sched_load_rem();
1428 #ifdef SMP
1429         if (ts->ts_runq != &runq)
1430                 runq_length[ts->ts_runq - runq_pcpu]--;
1431 #endif
1432         runq_remove(ts->ts_runq, td);
1433         TD_SET_CAN_RUN(td);
1434 }
1435
1436 /*
1437  * Select threads to run.  Note that running threads still consume a
1438  * slot.
1439  */
1440 struct thread *
1441 sched_choose(void)
1442 {
1443         struct thread *td;
1444         struct runq *rq;
1445
1446         mtx_assert(&sched_lock,  MA_OWNED);
1447 #ifdef SMP
1448         struct thread *tdcpu;
1449
1450         rq = &runq;
1451         td = runq_choose_fuzz(&runq, runq_fuzz);
1452         tdcpu = runq_choose(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
1453
1454         if (td == NULL ||
1455             (tdcpu != NULL &&
1456              tdcpu->td_priority < td->td_priority)) {
1457                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosing td %p from pcpu runq %d", tdcpu,
1458                      PCPU_GET(cpuid));
1459                 td = tdcpu;
1460                 rq = &runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1461         } else {
1462                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosing td_sched %p from main runq", td);
1463         }
1464
1465 #else
1466         rq = &runq;
1467         td = runq_choose(&runq);
1468 #endif
1469
1470         if (td) {
1471 #ifdef SMP
1472                 if (td == tdcpu)
1473                         runq_length[PCPU_GET(cpuid)]--;
1474 #endif
1475                 runq_remove(rq, td);
1476                 td->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1477
1478                 KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1479                     ("sched_choose: thread swapped out"));
1480                 return (td);
1481         }
1482         return (PCPU_GET(idlethread));
1483 }
1484
1485 void
1486 sched_preempt(struct thread *td)
1487 {
1488
1489         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
1490         thread_lock(td);
1491         if (td->td_critnest > 1)
1492                 td->td_owepreempt = 1;
1493         else
1494                 mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT, NULL);
1495         thread_unlock(td);
1496 }
1497
1498 void
1499 sched_userret(struct thread *td)
1500 {
1501         /*
1502          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in
1503          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
1504          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
1505          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
1506          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
1507          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
1508          * it perfectly here.
1509          */
1510         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
1511             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
1512         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
1513                 thread_lock(td);
1514                 td->td_priority = td->td_user_pri;
1515                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
1516                 thread_unlock(td);
1517         }
1518 }
1519
1520 void
1521 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
1522 {
1523         struct td_sched *ts;
1524
1525         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1526         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
1527
1528         ts = td->td_sched;
1529
1530         td->td_flags |= TDF_BOUND;
1531 #ifdef SMP
1532         ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1533         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
1534                 return;
1535
1536         mi_switch(SW_VOL, NULL);
1537 #endif
1538 }
1539
1540 void
1541 sched_unbind(struct thread* td)
1542 {
1543         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1544         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
1545         td->td_flags &= ~TDF_BOUND;
1546 }
1547
1548 int
1549 sched_is_bound(struct thread *td)
1550 {
1551         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1552         return (td->td_flags & TDF_BOUND);
1553 }
1554
1555 void
1556 sched_relinquish(struct thread *td)
1557 {
1558         thread_lock(td);
1559         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
1560         thread_unlock(td);
1561 }
1562
1563 int
1564 sched_load(void)
1565 {
1566         return (sched_tdcnt);
1567 }
1568
1569 int
1570 sched_sizeof_proc(void)
1571 {
1572         return (sizeof(struct proc));
1573 }
1574
1575 int
1576 sched_sizeof_thread(void)
1577 {
1578         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
1579 }
1580
1581 fixpt_t
1582 sched_pctcpu(struct thread *td)
1583 {
1584         struct td_sched *ts;
1585
1586         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1587         ts = td->td_sched;
1588         return (ts->ts_pctcpu);
1589 }
1590
1591 #ifdef RACCT
1592 /*
1593  * Calculates the contribution to the thread cpu usage for the latest
1594  * (unfinished) second.
1595  */
1596 fixpt_t
1597 sched_pctcpu_delta(struct thread *td)
1598 {
1599         struct td_sched *ts;
1600         fixpt_t delta;
1601         int realstathz;
1602
1603         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1604         ts = td->td_sched;
1605         delta = 0;
1606         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1607         if (ts->ts_cpticks != 0) {
1608 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
1609                 delta = (realstathz == 100)
1610                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
1611                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
1612                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
1613                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
1614 #else
1615                 delta = ((FSCALE - ccpu) *
1616                     (ts->ts_cpticks *
1617                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
1618 #endif
1619         }
1620
1621         return (delta);
1622 }
1623 #endif
1624
1625 void
1626 sched_tick(int cnt)
1627 {
1628 }
1629
1630 /*
1631  * The actual idle process.
1632  */
1633 void
1634 sched_idletd(void *dummy)
1635 {
1636         struct pcpuidlestat *stat;
1637
1638         THREAD_NO_SLEEPING();
1639         stat = DPCPU_PTR(idlestat);
1640         for (;;) {
1641                 mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
1642
1643                 while (sched_runnable() == 0) {
1644                         cpu_idle(stat->idlecalls + stat->oldidlecalls > 64);
1645                         stat->idlecalls++;
1646                 }
1647
1648                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1649                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1650                 mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1651         }
1652 }
1653
1654 /*
1655  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
1656  */
1657 void
1658 sched_throw(struct thread *td)
1659 {
1660         /*
1661          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
1662          * borrowing was created so that it would start out with a single
1663          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
1664          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
1665          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
1666          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
1667          * spin lock using code to interrupt us.
1668          */
1669         if (td == NULL) {
1670                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1671                 spinlock_exit();
1672                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
1673                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
1674         } else {
1675                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object);
1676                 MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1677                 td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1678                 td->td_oncpu = NOCPU;
1679         }
1680         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1681         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
1682         cpu_throw(td, choosethread());  /* doesn't return */
1683 }
1684
1685 void
1686 sched_fork_exit(struct thread *td)
1687 {
1688
1689         /*
1690          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
1691          * non-nested critical section with sched_lock held but not recursed.
1692          */
1693         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1694         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1695         lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object,
1696             0, 0, __FILE__, __LINE__);
1697         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1698 }
1699
1700 char *
1701 sched_tdname(struct thread *td)
1702 {
1703 #ifdef KTR
1704         struct td_sched *ts;
1705
1706         ts = td->td_sched;
1707         if (ts->ts_name[0] == '\0')
1708                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
1709                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
1710         return (ts->ts_name);
1711 #else
1712         return (td->td_name);
1713 #endif
1714 }
1715
1716 #ifdef KTR
1717 void
1718 sched_clear_tdname(struct thread *td)
1719 {
1720         struct td_sched *ts;
1721
1722         ts = td->td_sched;
1723         ts->ts_name[0] = '\0';
1724 }
1725 #endif
1726
1727 void
1728 sched_affinity(struct thread *td)
1729 {
1730 #ifdef SMP
1731         struct td_sched *ts;
1732         int cpu;
1733
1734         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1735
1736         /*
1737          * Set the TSF_AFFINITY flag if there is at least one CPU this
1738          * thread can't run on.
1739          */
1740         ts = td->td_sched;
1741         ts->ts_flags &= ~TSF_AFFINITY;
1742         CPU_FOREACH(cpu) {
1743                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)) {
1744                         ts->ts_flags |= TSF_AFFINITY;
1745                         break;
1746                 }
1747         }
1748
1749         /*
1750          * If this thread can run on all CPUs, nothing else to do.
1751          */
1752         if (!(ts->ts_flags & TSF_AFFINITY))
1753                 return;
1754
1755         /* Pinned threads and bound threads should be left alone. */
1756         if (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND)
1757                 return;
1758
1759         switch (td->td_state) {
1760         case TDS_RUNQ:
1761                 /*
1762                  * If we are on a per-CPU runqueue that is in the set,
1763                  * then nothing needs to be done.
1764                  */
1765                 if (ts->ts_runq != &runq &&
1766                     THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_runq - runq_pcpu))
1767                         return;
1768
1769                 /* Put this thread on a valid per-CPU runqueue. */
1770                 sched_rem(td);
1771                 sched_add(td, SRQ_BORING);
1772                 break;
1773         case TDS_RUNNING:
1774                 /*
1775                  * See if our current CPU is in the set.  If not, force a
1776                  * context switch.
1777                  */
1778                 if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_oncpu))
1779                         return;
1780
1781                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1782                 if (td != curthread)
1783                         ipi_cpu(cpu, IPI_AST);
1784                 break;
1785         default:
1786                 break;
1787         }
1788 #endif
1789 }