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/smp.h>
  54 #include <sys/sysctl.h>
  55 #include <sys/sx.h>
  56 #include <sys/turnstile.h>
  57 #include <sys/umtx.h>
  58 #include <machine/pcb.h>
  59 #include <machine/smp.h>
  60
  61 #ifdef HWPMC_HOOKS
  62 #include <sys/pmckern.h>
  63 #endif
  64
  65 #ifdef KDTRACE_HOOKS
  66 #include <sys/dtrace_bsd.h>
  67 int                             dtrace_vtime_active;
  68 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
  69 #endif
  70
  71 /*
  72  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT is only suitable for statclock() frequencies in
  73  * the range 100-256 Hz (approximately).
  74  */
  75 #define ESTCPULIM(e) \
  76     min((e), INVERSE_ESTCPU_WEIGHT * (NICE_WEIGHT * (PRIO_MAX - PRIO_MIN) - \
  77     RQ_PPQ) + INVERSE_ESTCPU_WEIGHT - 1)
  78 #ifdef SMP
  79 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   (8 * smp_cpus)
  80 #else
  81 #define INVERSE_ESTCPU_WEIGHT   8       /* 1 / (priorities per estcpu level). */
  82 #endif
  83 #define NICE_WEIGHT             1       /* Priorities per nice level. */
  84
  85 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
  86
  87 /*
  88  * The schedulable entity that runs a context.
  89  * This is  an extension to the thread structure and is tailored to
  90  * the requirements of this scheduler
  91  */
  92 struct td_sched {
  93         fixpt_t         ts_pctcpu;      /* (j) %cpu during p_swtime. */
  94         int             ts_cpticks;     /* (j) Ticks of cpu time. */
  95         int             ts_slptime;     /* (j) Seconds !RUNNING. */
  96         int             ts_flags;
  97         struct runq     *ts_runq;       /* runq the thread is currently on */
  98 #ifdef KTR
  99         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
 100 #endif
 101 };
 102
 103 /* flags kept in td_flags */
 104 #define TDF_DIDRUN      TDF_SCHED0      /* thread actually ran. */
 105 #define TDF_BOUND       TDF_SCHED1      /* Bound to one CPU. */
 106
 107 /* flags kept in ts_flags */
 108 #define TSF_AFFINITY    0x0001          /* Has a non-"full" CPU set. */
 109
 110 #define SKE_RUNQ_PCPU(ts)                                               \
 111     ((ts)->ts_runq != 0 && (ts)->ts_runq != &runq)
 112
 113 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
 114     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
 115
 116 static struct td_sched td_sched0;
 117 struct mtx sched_lock;
 118
 119 static int      sched_tdcnt;    /* Total runnable threads in the system. */
 120 static int      sched_quantum;  /* Roundrobin scheduling quantum in ticks. */
 121 #define SCHED_QUANTUM   (hz / 10)       /* Default sched quantum */
 122
 123 static void     setup_runqs(void);
 124 static void     schedcpu(void);
 125 static void     schedcpu_thread(void);
 126 static void     sched_priority(struct thread *td, u_char prio);
 127 static void     sched_setup(void *dummy);
 128 static void     maybe_resched(struct thread *td);
 129 static void     updatepri(struct thread *td);
 130 static void     resetpriority(struct thread *td);
 131 static void     resetpriority_thread(struct thread *td);
 132 #ifdef SMP
 133 static int      sched_pickcpu(struct thread *td);
 134 static int      forward_wakeup(int cpunum);
 135 static void     kick_other_cpu(int pri, int cpuid);
 136 #endif
 137
 138 static struct kproc_desc sched_kp = {
 139         "schedcpu",
 140         schedcpu_thread,
 141         NULL
 142 };
 143 SYSINIT(schedcpu, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, kproc_start,
 144     &sched_kp);
 145 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
 146
 147 /*
 148  * Global run queue.
 149  */
 150 static struct runq runq;
 151
 152 #ifdef SMP
 153 /*
 154  * Per-CPU run queues
 155  */
 156 static struct runq runq_pcpu[MAXCPU];
 157 long runq_length[MAXCPU];
 158 #endif
 159
 160 static void
 161 setup_runqs(void)
 162 {
 163 #ifdef SMP
 164         int i;
 165
 166         for (i = 0; i < MAXCPU; ++i)
 167                 runq_init(&runq_pcpu[i]);
 168 #endif
 169
 170         runq_init(&runq);
 171 }
 172
 173 static int
 174 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 175 {
 176         int error, new_val;
 177
 178         new_val = sched_quantum * tick;
 179         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
 180         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 181                 return (error);
 182         if (new_val < tick)
 183                 return (EINVAL);
 184         sched_quantum = new_val / tick;
 185         hogticks = 2 * sched_quantum;
 186         return (0);
 187 }
 188
 189 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RD, 0, "Scheduler");
 190
 191 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "4BSD", 0,
 192     "Scheduler name");
 193
 194 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
 195     0, sizeof sched_quantum, sysctl_kern_quantum, "I",
 196     "Roundrobin scheduling quantum in microseconds");
 197
 198 #ifdef SMP
 199 /* Enable forwarding of wakeups to all other cpus */
 200 SYSCTL_NODE(_kern_sched, OID_AUTO, ipiwakeup, CTLFLAG_RD, NULL, "Kernel SMP");
 201
 202 static int runq_fuzz = 1;
 203 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, runq_fuzz, CTLFLAG_RW, &runq_fuzz, 0, "");
 204
 205 static int forward_wakeup_enabled = 1;
 206 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, enabled, CTLFLAG_RW,
 207            &forward_wakeup_enabled, 0,
 208            "Forwarding of wakeup to idle CPUs");
 209
 210 static int forward_wakeups_requested = 0;
 211 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, requested, CTLFLAG_RD,
 212            &forward_wakeups_requested, 0,
 213            "Requests for Forwarding of wakeup to idle CPUs");
 214
 215 static int forward_wakeups_delivered = 0;
 216 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, delivered, CTLFLAG_RD,
 217            &forward_wakeups_delivered, 0,
 218            "Completed Forwarding of wakeup to idle CPUs");
 219
 220 static int forward_wakeup_use_mask = 1;
 221 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, usemask, CTLFLAG_RW,
 222            &forward_wakeup_use_mask, 0,
 223            "Use the mask of idle cpus");
 224
 225 static int forward_wakeup_use_loop = 0;
 226 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, useloop, CTLFLAG_RW,
 227            &forward_wakeup_use_loop, 0,
 228            "Use a loop to find idle cpus");
 229
 230 static int forward_wakeup_use_single = 0;
 231 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, onecpu, CTLFLAG_RW,
 232            &forward_wakeup_use_single, 0,
 233            "Only signal one idle cpu");
 234
 235 static int forward_wakeup_use_htt = 0;
 236 SYSCTL_INT(_kern_sched_ipiwakeup, OID_AUTO, htt2, CTLFLAG_RW,
 237            &forward_wakeup_use_htt, 0,
 238            "account for htt");
 239
 240 #endif
 241 #if 0
 242 static int sched_followon = 0;
 243 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, followon, CTLFLAG_RW,
 244            &sched_followon, 0,
 245            "allow threads to share a quantum");
 246 #endif
 247
 248 static __inline void
 249 sched_load_add(void)
 250 {
 251
 252         sched_tdcnt++;
 253         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
 254 }
 255
 256 static __inline void
 257 sched_load_rem(void)
 258 {
 259
 260         sched_tdcnt--;
 261         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", "global load", sched_tdcnt);
 262 }
 263 /*
 264  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
 265  * schedulers into account.
 266  */
 267 static void
 268 maybe_resched(struct thread *td)
 269 {
 270
 271         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 272         if (td->td_priority < curthread->td_priority)
 273                 curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 274 }
 275
 276 /*
 277  * This function is called when a thread is about to be put on run queue
 278  * because it has been made runnable or its priority has been adjusted.  It
 279  * determines if the new thread should be immediately preempted to.  If so,
 280  * it switches to it and eventually returns true.  If not, it returns false
 281  * so that the caller may place the thread on an appropriate run queue.
 282  */
 283 int
 284 maybe_preempt(struct thread *td)
 285 {
 286 #ifdef PREEMPTION
 287         struct thread *ctd;
 288         int cpri, pri;
 289
 290         /*
 291          * The new thread should not preempt the current thread if any of the
 292          * following conditions are true:
 293          *
 294          *  - The kernel is in the throes of crashing (panicstr).
 295          *  - The current thread has a higher (numerically lower) or
 296          *    equivalent priority.  Note that this prevents curthread from
 297          *    trying to preempt to itself.
 298          *  - It is too early in the boot for context switches (cold is set).
 299          *  - The current thread has an inhibitor set or is in the process of
 300          *    exiting.  In this case, the current thread is about to switch
 301          *    out anyways, so there's no point in preempting.  If we did,
 302          *    the current thread would not be properly resumed as well, so
 303          *    just avoid that whole landmine.
 304          *  - If the new thread's priority is not a realtime priority and
 305          *    the current thread's priority is not an idle priority and
 306          *    FULL_PREEMPTION is disabled.
 307          *
 308          * If all of these conditions are false, but the current thread is in
 309          * a nested critical section, then we have to defer the preemption
 310          * until we exit the critical section.  Otherwise, switch immediately
 311          * to the new thread.
 312          */
 313         ctd = curthread;
 314         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 315         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
 316                         ("maybe_preempt: trying to run inhibited thread"));
 317         pri = td->td_priority;
 318         cpri = ctd->td_priority;
 319         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold /* || dumping */ ||
 320             TD_IS_INHIBITED(ctd))
 321                 return (0);
 322 #ifndef FULL_PREEMPTION
 323         if (pri > PRI_MAX_ITHD && cpri < PRI_MIN_IDLE)
 324                 return (0);
 325 #endif
 326
 327         if (ctd->td_critnest > 1) {
 328                 CTR1(KTR_PROC, "maybe_preempt: in critical section %d",
 329                     ctd->td_critnest);
 330                 ctd->td_owepreempt = 1;
 331                 return (0);
 332         }
 333         /*
 334          * Thread is runnable but not yet put on system run queue.
 335          */
 336         MPASS(ctd->td_lock == td->td_lock);
 337         MPASS(TD_ON_RUNQ(td));
 338         TD_SET_RUNNING(td);
 339         CTR3(KTR_PROC, "preempting to thread %p (pid %d, %s)\n", td,
 340             td->td_proc->p_pid, td->td_name);
 341         mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT, td);
 342         /*
 343          * td's lock pointer may have changed.  We have to return with it
 344          * locked.
 345          */
 346         spinlock_enter();
 347         thread_unlock(ctd);
 348         thread_lock(td);
 349         spinlock_exit();
 350         return (1);
 351 #else
 352         return (0);
 353 #endif
 354 }
 355
 356 /*
 357  * Constants for digital decay and forget:
 358  *      90% of (td_estcpu) usage in 5 * loadav time
 359  *      95% of (ts_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
 360  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
 361  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
 362  *
 363  * Note that schedclock() updates td_estcpu and p_cpticks asynchronously.
 364  *
 365  * We wish to decay away 90% of td_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
 366  * That is, the system wants to compute a value of decay such
 367  * that the following for loop:
 368  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
 369  *              td_estcpu *= decay;
 370  * will compute
 371  *      td_estcpu *= 0.1;
 372  * for all values of loadavg:
 373  *
 374  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
 375  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 376  *
 377  * The system computes decay as:
 378  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
 379  *
 380  * We wish to prove that the system's computation of decay
 381  * will always fulfill the equation:
 382  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 383  *
 384  * If we compute b as:
 385  *      b = 2 * loadavg
 386  * then
 387  *      decay = b / (b + 1)
 388  *
 389  * We now need to prove two things:
 390  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
 391  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
 392  *
 393  * Facts:
 394  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
 395  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
 396  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
 397  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
 398  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
 399  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
 400  *         ln(.1) =~ -2.30
 401  *
 402  * Proof of (1):
 403  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
 404  *      solving for factor,
 405  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
 406  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
 407  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
 408  *
 409  * Proof of (2):
 410  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
 411  *      solving for power,
 412  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
 413  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
 414  *
 415  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
 416  *      loadav: 1       2       3       4
 417  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
 418  */
 419
 420 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
 421 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
 422 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
 423
 424 /* decay 95% of `ts_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
 425 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
 426 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");
 427
 428 /*
 429  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
 430  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
 431  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
 432  *
 433  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
 434  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
 435  *
 436  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
 437  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
 438  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
 439  */
 440 #define CCPU_SHIFT      11
 441
 442 /*
 443  * Recompute process priorities, every hz ticks.
 444  * MP-safe, called without the Giant mutex.
 445  */
 446 /* ARGSUSED */
 447 static void
 448 schedcpu(void)
 449 {
 450         register fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 451         struct thread *td;
 452         struct proc *p;
 453         struct td_sched *ts;
 454         int awake, realstathz;
 455
 456         realstathz = stathz ? stathz : hz;
 457         sx_slock(&allproc_lock);
 458         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
 459                 PROC_LOCK(p);
 460                 FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
 461                         awake = 0;
 462                         thread_lock(td);
 463                         ts = td->td_sched;
 464                         /*
 465                          * Increment sleep time (if sleeping).  We
 466                          * ignore overflow, as above.
 467                          */
 468                         /*
 469                          * The td_sched slptimes are not touched in wakeup
 470                          * because the thread may not HAVE everything in
 471                          * memory? XXX I think this is out of date.
 472                          */
 473                         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
 474                                 awake = 1;
 475                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
 476                         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
 477                                 awake = 1;
 478                                 /* Do not clear TDF_DIDRUN */
 479                         } else if (td->td_flags & TDF_DIDRUN) {
 480                                 awake = 1;
 481                                 td->td_flags &= ~TDF_DIDRUN;
 482                         }
 483
 484                         /*
 485                          * ts_pctcpu is only for ps and ttyinfo().
 486                          */
 487                         ts->ts_pctcpu = (ts->ts_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
 488                         /*
 489                          * If the td_sched has been idle the entire second,
 490                          * stop recalculating its priority until
 491                          * it wakes up.
 492                          */
 493                         if (ts->ts_cpticks != 0) {
 494 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
 495                                 ts->ts_pctcpu += (realstathz == 100)
 496                                     ? ((fixpt_t) ts->ts_cpticks) <<
 497                                     (FSHIFT - CCPU_SHIFT) :
 498                                     100 * (((fixpt_t) ts->ts_cpticks)
 499                                     << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
 500 #else
 501                                 ts->ts_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
 502                                     (ts->ts_cpticks *
 503                                     FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
 504 #endif
 505                                 ts->ts_cpticks = 0;
 506                         }
 507                         /*
 508                          * If there are ANY running threads in this process,
 509                          * then don't count it as sleeping.
 510                          * XXX: this is broken.
 511                          */
 512                         if (awake) {
 513                                 if (ts->ts_slptime > 1) {
 514                                         /*
 515                                          * In an ideal world, this should not
 516                                          * happen, because whoever woke us
 517                                          * up from the long sleep should have
 518                                          * unwound the slptime and reset our
 519                                          * priority before we run at the stale
 520                                          * priority.  Should KASSERT at some
 521                                          * point when all the cases are fixed.
 522                                          */
 523                                         updatepri(td);
 524                                 }
 525                                 ts->ts_slptime = 0;
 526                         } else
 527                                 ts->ts_slptime++;
 528                         if (ts->ts_slptime > 1) {
 529                                 thread_unlock(td);
 530                                 continue;
 531                         }
 532                         td->td_estcpu = decay_cpu(loadfac, td->td_estcpu);
 533                         resetpriority(td);
 534                         resetpriority_thread(td);
 535                         thread_unlock(td);
 536                 }
 537                 PROC_UNLOCK(p);
 538         }
 539         sx_sunlock(&allproc_lock);
 540 }
 541
 542 /*
 543  * Main loop for a kthread that executes schedcpu once a second.
 544  */
 545 static void
 546 schedcpu_thread(void)
 547 {
 548
 549         for (;;) {
 550                 schedcpu();
 551                 pause("-", hz);
 552         }
 553 }
 554
 555 /*
 556  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
 557  * For all load averages >= 1 and max td_estcpu of 255, sleeping for at
 558  * least six times the loadfactor will decay td_estcpu to zero.
 559  */
 560 static void
 561 updatepri(struct thread *td)
 562 {
 563         struct td_sched *ts;
 564         fixpt_t loadfac;
 565         unsigned int newcpu;
 566
 567         ts = td->td_sched;
 568         loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 569         if (ts->ts_slptime > 5 * loadfac)
 570                 td->td_estcpu = 0;
 571         else {
 572                 newcpu = td->td_estcpu;
 573                 ts->ts_slptime--;       /* was incremented in schedcpu() */
 574                 while (newcpu && --ts->ts_slptime)
 575                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
 576                 td->td_estcpu = newcpu;
 577         }
 578 }
 579
 580 /*
 581  * Compute the priority of a process when running in user mode.
 582  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
 583  * than that of the current process.
 584  */
 585 static void
 586 resetpriority(struct thread *td)
 587 {
 588         register unsigned int newpriority;
 589
 590         if (td->td_pri_class == PRI_TIMESHARE) {
 591                 newpriority = PUSER + td->td_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
 592                     NICE_WEIGHT * (td->td_proc->p_nice - PRIO_MIN);
 593                 newpriority = min(max(newpriority, PRI_MIN_TIMESHARE),
 594                     PRI_MAX_TIMESHARE);
 595                 sched_user_prio(td, newpriority);
 596         }
 597 }
 598
 599 /*
 600  * Update the thread's priority when the associated process's user
 601  * priority changes.
 602  */
 603 static void
 604 resetpriority_thread(struct thread *td)
 605 {
 606
 607         /* Only change threads with a time sharing user priority. */
 608         if (td->td_priority < PRI_MIN_TIMESHARE ||
 609             td->td_priority > PRI_MAX_TIMESHARE)
 610                 return;
 611
 612         /* XXX the whole needresched thing is broken, but not silly. */
 613         maybe_resched(td);
 614
 615         sched_prio(td, td->td_user_pri);
 616 }
 617
 618 /* ARGSUSED */
 619 static void
 620 sched_setup(void *dummy)
 621 {
 622         setup_runqs();
 623
 624         if (sched_quantum == 0)
 625                 sched_quantum = SCHED_QUANTUM;
 626         hogticks = 2 * sched_quantum;
 627
 628         /* Account for thread0. */
 629         sched_load_add();
 630 }
 631
 632 /* External interfaces start here */
 633
 634 /*
 635  * Very early in the boot some setup of scheduler-specific
 636  * parts of proc0 and of some scheduler resources needs to be done.
 637  * Called from:
 638  *  proc0_init()
 639  */
 640 void
 641 schedinit(void)
 642 {
 643         /*
 644          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
 645          */
 646         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
 647         thread0.td_sched = &td_sched0;
 648         thread0.td_lock = &sched_lock;
 649         mtx_init(&sched_lock, "sched lock", NULL, MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
 650 }
 651
 652 int
 653 sched_runnable(void)
 654 {
 655 #ifdef SMP
 656         return runq_check(&runq) + runq_check(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
 657 #else
 658         return runq_check(&runq);
 659 #endif
 660 }
 661
 662 int
 663 sched_rr_interval(void)
 664 {
 665         if (sched_quantum == 0)
 666                 sched_quantum = SCHED_QUANTUM;
 667         return (sched_quantum);
 668 }
 669
 670 /*
 671  * We adjust the priority of the current process.  The priority of
 672  * a process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
 673  * estimator (td_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
 674  * compute a different priority each time td_estcpu increases by
 675  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT
 676  * (until MAXPRI is reached).  The cpu usage estimator ramps up
 677  * quite quickly when the process is running (linearly), and decays
 678  * away exponentially, at a rate which is proportionally slower when
 679  * the system is busy.  The basic principle is that the system will
 680  * 90% forget that the process used a lot of CPU time in 5 * loadav
 681  * seconds.  This causes the system to favor processes which haven't
 682  * run much recently, and to round-robin among other processes.
 683  */
 684 void
 685 sched_clock(struct thread *td)
 686 {
 687         struct td_sched *ts;
 688
 689         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 690         ts = td->td_sched;
 691
 692         ts->ts_cpticks++;
 693         td->td_estcpu = ESTCPULIM(td->td_estcpu + 1);
 694         if ((td->td_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
 695                 resetpriority(td);
 696                 resetpriority_thread(td);
 697         }
 698
 699         /*
 700          * Force a context switch if the current thread has used up a full
 701          * quantum (default quantum is 100ms).
 702          */
 703         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) &&
 704             ticks - PCPU_GET(switchticks) >= sched_quantum)
 705                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
 706 }
 707
 708 /*
 709  * Charge child's scheduling CPU usage to parent.
 710  */
 711 void
 712 sched_exit(struct proc *p, struct thread *td)
 713 {
 714
 715         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "proc exit",
 716             "prio:td", td->td_priority);
 717
 718         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
 719         sched_exit_thread(FIRST_THREAD_IN_PROC(p), td);
 720 }
 721
 722 void
 723 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
 724 {
 725
 726         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "exit",
 727             "prio:td", child->td_priority);
 728         thread_lock(td);
 729         td->td_estcpu = ESTCPULIM(td->td_estcpu + child->td_estcpu);
 730         thread_unlock(td);
 731         mtx_lock_spin(&sched_lock);
 732         if ((child->td_proc->p_flag & P_NOLOAD) == 0)
 733                 sched_load_rem();
 734         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
 735 }
 736
 737 void
 738 sched_fork(struct thread *td, struct thread *childtd)
 739 {
 740         sched_fork_thread(td, childtd);
 741 }
 742
 743 void
 744 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *childtd)
 745 {
 746         struct td_sched *ts;
 747
 748         childtd->td_estcpu = td->td_estcpu;
 749         childtd->td_lock = &sched_lock;
 750         childtd->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
 751         ts = childtd->td_sched;
 752         bzero(ts, sizeof(*ts));
 753         ts->ts_flags |= (td->td_sched->ts_flags & TSF_AFFINITY);
 754 }
 755
 756 void
 757 sched_nice(struct proc *p, int nice)
 758 {
 759         struct thread *td;
 760
 761         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
 762         p->p_nice = nice;
 763         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
 764                 thread_lock(td);
 765                 resetpriority(td);
 766                 resetpriority_thread(td);
 767                 thread_unlock(td);
 768         }
 769 }
 770
 771 void
 772 sched_class(struct thread *td, int class)
 773 {
 774         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 775         td->td_pri_class = class;
 776 }
 777
 778 /*
 779  * Adjust the priority of a thread.
 780  */
 781 static void
 782 sched_priority(struct thread *td, u_char prio)
 783 {
 784
 785
 786         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "priority change",
 787             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio, KTR_ATTR_LINKED,
 788             sched_tdname(curthread));
 789         if (td != curthread && prio > td->td_priority) {
 790                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
 791                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
 792                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
 793         }
 794         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 795         if (td->td_priority == prio)
 796                 return;
 797         td->td_priority = prio;
 798         if (TD_ON_RUNQ(td) && td->td_rqindex != (prio / RQ_PPQ)) {
 799                 sched_rem(td);
 800                 sched_add(td, SRQ_BORING);
 801         }
 802 }
 803
 804 /*
 805  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
 806  * priority.
 807  */
 808 void
 809 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
 810 {
 811
 812         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
 813         sched_priority(td, prio);
 814 }
 815
 816 /*
 817  * Restore a thread's priority when priority propagation is
 818  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
 819  * needs to have to satisfy other possible priority lending
 820  * requests.  If the thread's regulary priority is less
 821  * important than prio the thread will keep a priority boost
 822  * of prio.
 823  */
 824 void
 825 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
 826 {
 827         u_char base_pri;
 828
 829         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
 830             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
 831                 base_pri = td->td_user_pri;
 832         else
 833                 base_pri = td->td_base_pri;
 834         if (prio >= base_pri) {
 835                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
 836                 sched_prio(td, base_pri);
 837         } else
 838                 sched_lend_prio(td, prio);
 839 }
 840
 841 void
 842 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
 843 {
 844         u_char oldprio;
 845
 846         /* First, update the base priority. */
 847         td->td_base_pri = prio;
 848
 849         /*
 850          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't ever
 851          * lower the priority.
 852          */
 853         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
 854                 return;
 855
 856         /* Change the real priority. */
 857         oldprio = td->td_priority;
 858         sched_priority(td, prio);
 859
 860         /*
 861          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
 862          * its state.
 863          */
 864         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
 865                 turnstile_adjust(td, oldprio);
 866 }
 867
 868 void
 869 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
 870 {
 871         u_char oldprio;
 872
 873         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 874         td->td_base_user_pri = prio;
 875         if (td->td_flags & TDF_UBORROWING && td->td_user_pri <= prio)
 876                 return;
 877         oldprio = td->td_user_pri;
 878         td->td_user_pri = prio;
 879 }
 880
 881 void
 882 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
 883 {
 884         u_char oldprio;
 885
 886         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 887         td->td_flags |= TDF_UBORROWING;
 888         oldprio = td->td_user_pri;
 889         td->td_user_pri = prio;
 890 }
 891
 892 void
 893 sched_unlend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
 894 {
 895         u_char base_pri;
 896
 897         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 898         base_pri = td->td_base_user_pri;
 899         if (prio >= base_pri) {
 900                 td->td_flags &= ~TDF_UBORROWING;
 901                 sched_user_prio(td, base_pri);
 902         } else {
 903                 sched_lend_user_prio(td, prio);
 904         }
 905 }
 906
 907 void
 908 sched_sleep(struct thread *td, int pri)
 909 {
 910
 911         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 912         td->td_slptick = ticks;
 913         td->td_sched->ts_slptime = 0;
 914         if (pri)
 915                 sched_prio(td, pri);
 916         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || pri >= PSOCK)
 917                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
 918 }
 919
 920 void
 921 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
 922 {
 923         struct mtx *tmtx;
 924         struct td_sched *ts;
 925         struct proc *p;
 926
 927         tmtx = NULL;
 928         ts = td->td_sched;
 929         p = td->td_proc;
 930
 931         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
 932
 933         /*
 934          * Switch to the sched lock to fix things up and pick
 935          * a new thread.
 936          * Block the td_lock in order to avoid breaking the critical path.
 937          */
 938         if (td->td_lock != &sched_lock) {
 939                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
 940                 tmtx = thread_lock_block(td);
 941         }
 942
 943         if ((p->p_flag & P_NOLOAD) == 0)
 944                 sched_load_rem();
 945
 946         if (newtd) {
 947                 MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
 948                 newtd->td_flags |= (td->td_flags & TDF_NEEDRESCHED);
 949         }
 950
 951         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
 952         td->td_flags &= ~TDF_NEEDRESCHED;
 953         td->td_owepreempt = 0;
 954         td->td_oncpu = NOCPU;
 955
 956         /*
 957          * At the last moment, if this thread is still marked RUNNING,
 958          * then put it back on the run queue as it has not been suspended
 959          * or stopped or any thing else similar.  We never put the idle
 960          * threads on the run queue, however.
 961          */
 962         if (td->td_flags & TDF_IDLETD) {
 963                 TD_SET_CAN_RUN(td);
 964 #ifdef SMP
 965                 idle_cpus_mask &= ~PCPU_GET(cpumask);
 966 #endif
 967         } else {
 968                 if (TD_IS_RUNNING(td)) {
 969                         /* Put us back on the run queue. */
 970                         sched_add(td, (flags & SW_PREEMPT) ?
 971                             SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
 972                             SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING);
 973                 }
 974         }
 975         if (newtd) {
 976                 /*
 977                  * The thread we are about to run needs to be counted
 978                  * as if it had been added to the run queue and selected.
 979                  * It came from:
 980                  * * A preemption
 981                  * * An upcall
 982                  * * A followon
 983                  */
 984                 KASSERT((newtd->td_inhibitors == 0),
 985                         ("trying to run inhibited thread"));
 986                 newtd->td_flags |= TDF_DIDRUN;
 987                 TD_SET_RUNNING(newtd);
 988                 if ((newtd->td_proc->p_flag & P_NOLOAD) == 0)
 989                         sched_load_add();
 990         } else {
 991                 newtd = choosethread();
 992                 MPASS(newtd->td_lock == &sched_lock);
 993         }
 994
 995         if (td != newtd) {
 996 #ifdef  HWPMC_HOOKS
 997                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
 998                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
 999 #endif
1000                 /* I feel sleepy */
1001                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object);
1002 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1003                 /*
1004                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1005                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1006                  * function to call.
1007                  */
1008                 if (dtrace_vtime_active)
1009                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1010 #endif
1011
1012                 cpu_switch(td, newtd, tmtx != NULL ? tmtx : td->td_lock);
1013                 lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object,
1014                     0, 0, __FILE__, __LINE__);
1015                 /*
1016                  * Where am I?  What year is it?
1017                  * We are in the same thread that went to sleep above,
1018                  * but any amount of time may have passed. All our context
1019                  * will still be available as will local variables.
1020                  * PCPU values however may have changed as we may have
1021                  * changed CPU so don't trust cached values of them.
1022                  * New threads will go to fork_exit() instead of here
1023                  * so if you change things here you may need to change
1024                  * things there too.
1025                  *
1026                  * If the thread above was exiting it will never wake
1027                  * up again here, so either it has saved everything it
1028                  * needed to, or the thread_wait() or wait() will
1029                  * need to reap it.
1030                  */
1031 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1032                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1033                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1034 #endif
1035         }
1036
1037 #ifdef SMP
1038         if (td->td_flags & TDF_IDLETD)
1039                 idle_cpus_mask |= PCPU_GET(cpumask);
1040 #endif
1041         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1042         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1043         MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1044 }
1045
1046 void
1047 sched_wakeup(struct thread *td)
1048 {
1049         struct td_sched *ts;
1050
1051         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1052         ts = td->td_sched;
1053         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1054         if (ts->ts_slptime > 1) {
1055                 updatepri(td);
1056                 resetpriority(td);
1057         }
1058         td->td_slptick = 0;
1059         ts->ts_slptime = 0;
1060         sched_add(td, SRQ_BORING);
1061 }
1062
1063 #ifdef SMP
1064 static int
1065 forward_wakeup(int cpunum)
1066 {
1067         struct pcpu *pc;
1068         cpumask_t dontuse, id, map, map2, map3, me;
1069
1070         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1071
1072         CTR0(KTR_RUNQ, "forward_wakeup()");
1073
1074         if ((!forward_wakeup_enabled) ||
1075              (forward_wakeup_use_mask == 0 && forward_wakeup_use_loop == 0))
1076                 return (0);
1077         if (!smp_started || cold || panicstr)
1078                 return (0);
1079
1080         forward_wakeups_requested++;
1081
1082         /*
1083          * Check the idle mask we received against what we calculated
1084          * before in the old version.
1085          */
1086         me = PCPU_GET(cpumask);
1087
1088         /* Don't bother if we should be doing it ourself. */
1089         if ((me & idle_cpus_mask) && (cpunum == NOCPU || me == (1 << cpunum)))
1090                 return (0);
1091
1092         dontuse = me | stopped_cpus | hlt_cpus_mask;
1093         map3 = 0;
1094         if (forward_wakeup_use_loop) {
1095                 SLIST_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
1096                         id = pc->pc_cpumask;
1097                         if ((id & dontuse) == 0 &&
1098                             pc->pc_curthread == pc->pc_idlethread) {
1099                                 map3 |= id;
1100                         }
1101                 }
1102         }
1103
1104         if (forward_wakeup_use_mask) {
1105                 map = 0;
1106                 map = idle_cpus_mask & ~dontuse;
1107
1108                 /* If they are both on, compare and use loop if different. */
1109                 if (forward_wakeup_use_loop) {
1110                         if (map != map3) {
1111                                 printf("map (%02X) != map3 (%02X)\n", map,
1112                                     map3);
1113                                 map = map3;
1114                         }
1115                 }
1116         } else {
1117                 map = map3;
1118         }
1119
1120         /* If we only allow a specific CPU, then mask off all the others. */
1121         if (cpunum != NOCPU) {
1122                 KASSERT((cpunum <= mp_maxcpus),("forward_wakeup: bad cpunum."));
1123                 map &= (1 << cpunum);
1124         } else {
1125                 /* Try choose an idle die. */
1126                 if (forward_wakeup_use_htt) {
1127                         map2 =  (map & (map >> 1)) & 0x5555;
1128                         if (map2) {
1129                                 map = map2;
1130                         }
1131                 }
1132
1133                 /* Set only one bit. */
1134                 if (forward_wakeup_use_single) {
1135                         map = map & ((~map) + 1);
1136                 }
1137         }
1138         if (map) {
1139                 forward_wakeups_delivered++;
1140                 ipi_selected(map, IPI_AST);
1141                 return (1);
1142         }
1143         if (cpunum == NOCPU)
1144                 printf("forward_wakeup: Idle processor not found\n");
1145         return (0);
1146 }
1147
1148 static void
1149 kick_other_cpu(int pri, int cpuid)
1150 {
1151         struct pcpu *pcpu;
1152         int cpri;
1153
1154         pcpu = pcpu_find(cpuid);
1155         if (idle_cpus_mask & pcpu->pc_cpumask) {
1156                 forward_wakeups_delivered++;
1157                 ipi_selected(pcpu->pc_cpumask, IPI_AST);
1158                 return;
1159         }
1160
1161         cpri = pcpu->pc_curthread->td_priority;
1162         if (pri >= cpri)
1163                 return;
1164
1165 #if defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION)
1166 #if !defined(FULL_PREEMPTION)
1167         if (pri <= PRI_MAX_ITHD)
1168 #endif /* ! FULL_PREEMPTION */
1169         {
1170                 ipi_selected(pcpu->pc_cpumask, IPI_PREEMPT);
1171                 return;
1172         }
1173 #endif /* defined(IPI_PREEMPTION) && defined(PREEMPTION) */
1174
1175         pcpu->pc_curthread->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1176         ipi_selected(pcpu->pc_cpumask, IPI_AST);
1177         return;
1178 }
1179 #endif /* SMP */
1180
1181 #ifdef SMP
1182 static int
1183 sched_pickcpu(struct thread *td)
1184 {
1185         int best, cpu;
1186
1187         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1188
1189         if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_lastcpu))
1190                 best = td->td_lastcpu;
1191         else
1192                 best = NOCPU;
1193         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1194                 if (CPU_ABSENT(cpu))
1195                         continue;
1196                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1197                         continue;
1198
1199                 if (best == NOCPU)
1200                         best = cpu;
1201                 else if (runq_length[cpu] < runq_length[best])
1202                         best = cpu;
1203         }
1204         KASSERT(best != NOCPU, ("no valid CPUs"));
1205
1206         return (best);
1207 }
1208 #endif
1209
1210 void
1211 sched_add(struct thread *td, int flags)
1212 #ifdef SMP
1213 {
1214         struct td_sched *ts;
1215         int forwarded = 0;
1216         int cpu;
1217         int single_cpu = 0;
1218
1219         ts = td->td_sched;
1220         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1221         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1222             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1223         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1224             ("sched_add: bad thread state"));
1225         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1226             ("sched_add: thread swapped out"));
1227
1228         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1229             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1230             sched_tdname(curthread));
1231         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1232             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1233
1234
1235         /*
1236          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1237          * to the scheduler's lock.
1238          */
1239         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1240                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1241                 thread_lock_set(td, &sched_lock);
1242         }
1243         TD_SET_RUNQ(td);
1244
1245         if (td->td_pinned != 0) {
1246                 cpu = td->td_lastcpu;
1247                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1248                 single_cpu = 1;
1249                 CTR3(KTR_RUNQ,
1250                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1251                     cpu);
1252         } else if (td->td_flags & TDF_BOUND) {
1253                 /* Find CPU from bound runq. */
1254                 KASSERT(SKE_RUNQ_PCPU(ts),
1255                     ("sched_add: bound td_sched not on cpu runq"));
1256                 cpu = ts->ts_runq - &runq_pcpu[0];
1257                 single_cpu = 1;
1258                 CTR3(KTR_RUNQ,
1259                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1260                     cpu);
1261         } else if (ts->ts_flags & TSF_AFFINITY) {
1262                 /* Find a valid CPU for our cpuset */
1263                 cpu = sched_pickcpu(td);
1264                 ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1265                 single_cpu = 1;
1266                 CTR3(KTR_RUNQ,
1267                     "sched_add: Put td_sched:%p(td:%p) on cpu%d runq", ts, td,
1268                     cpu);
1269         } else {
1270                 CTR2(KTR_RUNQ,
1271                     "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to gbl runq", ts,
1272                     td);
1273                 cpu = NOCPU;
1274                 ts->ts_runq = &runq;
1275         }
1276
1277         if (single_cpu && (cpu != PCPU_GET(cpuid))) {
1278                 kick_other_cpu(td->td_priority, cpu);
1279         } else {
1280                 if (!single_cpu) {
1281                         cpumask_t me = PCPU_GET(cpumask);
1282                         cpumask_t idle = idle_cpus_mask & me;
1283
1284                         if (!idle && ((flags & SRQ_INTR) == 0) &&
1285                             (idle_cpus_mask & ~(hlt_cpus_mask | me)))
1286                                 forwarded = forward_wakeup(cpu);
1287                 }
1288
1289                 if (!forwarded) {
1290                         if ((flags & SRQ_YIELDING) == 0 && maybe_preempt(td))
1291                                 return;
1292                         else
1293                                 maybe_resched(td);
1294                 }
1295         }
1296
1297         if ((td->td_proc->p_flag & P_NOLOAD) == 0)
1298                 sched_load_add();
1299         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1300         if (cpu != NOCPU)
1301                 runq_length[cpu]++;
1302 }
1303 #else /* SMP */
1304 {
1305         struct td_sched *ts;
1306
1307         ts = td->td_sched;
1308         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1309         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
1310             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
1311         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
1312             ("sched_add: bad thread state"));
1313         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1314             ("sched_add: thread swapped out"));
1315         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
1316             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1317             sched_tdname(curthread));
1318         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
1319             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1320
1321         /*
1322          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
1323          * to the scheduler's lock.
1324          */
1325         if (td->td_lock != &sched_lock) {
1326                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1327                 thread_lock_set(td, &sched_lock);
1328         }
1329         TD_SET_RUNQ(td);
1330         CTR2(KTR_RUNQ, "sched_add: adding td_sched:%p (td:%p) to runq", ts, td);
1331         ts->ts_runq = &runq;
1332
1333         /*
1334          * If we are yielding (on the way out anyhow) or the thread
1335          * being saved is US, then don't try be smart about preemption
1336          * or kicking off another CPU as it won't help and may hinder.
1337          * In the YIEDLING case, we are about to run whoever is being
1338          * put in the queue anyhow, and in the OURSELF case, we are
1339          * puting ourself on the run queue which also only happens
1340          * when we are about to yield.
1341          */
1342         if ((flags & SRQ_YIELDING) == 0) {
1343                 if (maybe_preempt(td))
1344                         return;
1345         }
1346         if ((td->td_proc->p_flag & P_NOLOAD) == 0)
1347                 sched_load_add();
1348         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
1349         maybe_resched(td);
1350 }
1351 #endif /* SMP */
1352
1353 void
1354 sched_rem(struct thread *td)
1355 {
1356         struct td_sched *ts;
1357
1358         ts = td->td_sched;
1359         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1360             ("sched_rem: thread swapped out"));
1361         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
1362             ("sched_rem: thread not on run queue"));
1363         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1364         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
1365             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
1366             sched_tdname(curthread));
1367
1368         if ((td->td_proc->p_flag & P_NOLOAD) == 0)
1369                 sched_load_rem();
1370 #ifdef SMP
1371         if (ts->ts_runq != &runq)
1372                 runq_length[ts->ts_runq - runq_pcpu]--;
1373 #endif
1374         runq_remove(ts->ts_runq, td);
1375         TD_SET_CAN_RUN(td);
1376 }
1377
1378 /*
1379  * Select threads to run.  Note that running threads still consume a
1380  * slot.
1381  */
1382 struct thread *
1383 sched_choose(void)
1384 {
1385         struct thread *td;
1386         struct runq *rq;
1387
1388         mtx_assert(&sched_lock,  MA_OWNED);
1389 #ifdef SMP
1390         struct thread *tdcpu;
1391
1392         rq = &runq;
1393         td = runq_choose_fuzz(&runq, runq_fuzz);
1394         tdcpu = runq_choose(&runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)]);
1395
1396         if (td == NULL ||
1397             (tdcpu != NULL &&
1398              tdcpu->td_priority < td->td_priority)) {
1399                 CTR2(KTR_RUNQ, "choosing td %p from pcpu runq %d", tdcpu,
1400                      PCPU_GET(cpuid));
1401                 td = tdcpu;
1402                 rq = &runq_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1403         } else {
1404                 CTR1(KTR_RUNQ, "choosing td_sched %p from main runq", td);
1405         }
1406
1407 #else
1408         rq = &runq;
1409         td = runq_choose(&runq);
1410 #endif
1411
1412         if (td) {
1413 #ifdef SMP
1414                 if (td == tdcpu)
1415                         runq_length[PCPU_GET(cpuid)]--;
1416 #endif
1417                 runq_remove(rq, td);
1418                 td->td_flags |= TDF_DIDRUN;
1419
1420                 KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
1421                     ("sched_choose: thread swapped out"));
1422                 return (td);
1423         }
1424         return (PCPU_GET(idlethread));
1425 }
1426
1427 void
1428 sched_preempt(struct thread *td)
1429 {
1430         thread_lock(td);
1431         if (td->td_critnest > 1)
1432                 td->td_owepreempt = 1;
1433         else
1434                 mi_switch(SW_INVOL | SW_PREEMPT | SWT_PREEMPT, NULL);
1435         thread_unlock(td);
1436 }
1437
1438 void
1439 sched_userret(struct thread *td)
1440 {
1441         /*
1442          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in
1443          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
1444          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
1445          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
1446          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
1447          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
1448          * it perfectly here.
1449          */
1450         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
1451             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
1452         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
1453                 thread_lock(td);
1454                 td->td_priority = td->td_user_pri;
1455                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
1456                 thread_unlock(td);
1457         }
1458 }
1459
1460 void
1461 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
1462 {
1463         struct td_sched *ts;
1464
1465         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1466         KASSERT(TD_IS_RUNNING(td),
1467             ("sched_bind: cannot bind non-running thread"));
1468
1469         ts = td->td_sched;
1470
1471         td->td_flags |= TDF_BOUND;
1472 #ifdef SMP
1473         ts->ts_runq = &runq_pcpu[cpu];
1474         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
1475                 return;
1476
1477         mi_switch(SW_VOL, NULL);
1478 #endif
1479 }
1480
1481 void
1482 sched_unbind(struct thread* td)
1483 {
1484         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1485         td->td_flags &= ~TDF_BOUND;
1486 }
1487
1488 int
1489 sched_is_bound(struct thread *td)
1490 {
1491         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1492         return (td->td_flags & TDF_BOUND);
1493 }
1494
1495 void
1496 sched_relinquish(struct thread *td)
1497 {
1498         thread_lock(td);
1499         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
1500         thread_unlock(td);
1501 }
1502
1503 int
1504 sched_load(void)
1505 {
1506         return (sched_tdcnt);
1507 }
1508
1509 int
1510 sched_sizeof_proc(void)
1511 {
1512         return (sizeof(struct proc));
1513 }
1514
1515 int
1516 sched_sizeof_thread(void)
1517 {
1518         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
1519 }
1520
1521 fixpt_t
1522 sched_pctcpu(struct thread *td)
1523 {
1524         struct td_sched *ts;
1525
1526         ts = td->td_sched;
1527         return (ts->ts_pctcpu);
1528 }
1529
1530 void
1531 sched_tick(void)
1532 {
1533 }
1534
1535 /*
1536  * The actual idle process.
1537  */
1538 void
1539 sched_idletd(void *dummy)
1540 {
1541
1542         for (;;) {
1543                 mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
1544
1545                 while (sched_runnable() == 0)
1546                         cpu_idle(0);
1547
1548                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1549                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1550                 mtx_unlock_spin(&sched_lock);
1551         }
1552 }
1553
1554 /*
1555  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
1556  */
1557 void
1558 sched_throw(struct thread *td)
1559 {
1560         /*
1561          * Correct spinlock nesting.  The idle thread context that we are
1562          * borrowing was created so that it would start out with a single
1563          * spin lock (sched_lock) held in fork_trampoline().  Since we've
1564          * explicitly acquired locks in this function, the nesting count
1565          * is now 2 rather than 1.  Since we are nested, calling
1566          * spinlock_exit() will simply adjust the counts without allowing
1567          * spin lock using code to interrupt us.
1568          */
1569         if (td == NULL) {
1570                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
1571                 spinlock_exit();
1572         } else {
1573                 lock_profile_release_lock(&sched_lock.lock_object);
1574                 MPASS(td->td_lock == &sched_lock);
1575         }
1576         mtx_assert(&sched_lock, MA_OWNED);
1577         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
1578         PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
1579         PCPU_SET(switchticks, ticks);
1580         cpu_throw(td, choosethread());  /* doesn't return */
1581 }
1582
1583 void
1584 sched_fork_exit(struct thread *td)
1585 {
1586
1587         /*
1588          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
1589          * non-nested critical section with sched_lock held but not recursed.
1590          */
1591         td->td_oncpu = PCPU_GET(cpuid);
1592         sched_lock.mtx_lock = (uintptr_t)td;
1593         lock_profile_obtain_lock_success(&sched_lock.lock_object,
1594             0, 0, __FILE__, __LINE__);
1595         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1596 }
1597
1598 char *
1599 sched_tdname(struct thread *td)
1600 {
1601 #ifdef KTR
1602         struct td_sched *ts;
1603
1604         ts = td->td_sched;
1605         if (ts->ts_name[0] == '\0')
1606                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
1607                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
1608         return (ts->ts_name);
1609 #else
1610         return (td->td_name);
1611 #endif
1612 }
1613
1614 void
1615 sched_affinity(struct thread *td)
1616 {
1617 #ifdef SMP
1618         struct td_sched *ts;
1619         int cpu;
1620
1621         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1622
1623         /*
1624          * Set the TSF_AFFINITY flag if there is at least one CPU this
1625          * thread can't run on.
1626          */
1627         ts = td->td_sched;
1628         ts->ts_flags &= ~TSF_AFFINITY;
1629         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1630                 if (CPU_ABSENT(cpu))
1631                         continue;
1632                 if (!THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)) {
1633                         ts->ts_flags |= TSF_AFFINITY;
1634                         break;
1635                 }
1636         }
1637
1638         /*
1639          * If this thread can run on all CPUs, nothing else to do.
1640          */
1641         if (!(ts->ts_flags & TSF_AFFINITY))
1642                 return;
1643
1644         /* Pinned threads and bound threads should be left alone. */
1645         if (td->td_pinned != 0 || td->td_flags & TDF_BOUND)
1646                 return;
1647
1648         switch (td->td_state) {
1649         case TDS_RUNQ:
1650                 /*
1651                  * If we are on a per-CPU runqueue that is in the set,
1652                  * then nothing needs to be done.
1653                  */
1654                 if (ts->ts_runq != &runq &&
1655                     THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_runq - runq_pcpu))
1656                         return;
1657
1658                 /* Put this thread on a valid per-CPU runqueue. */
1659                 sched_rem(td);
1660                 sched_add(td, SRQ_BORING);
1661                 break;
1662         case TDS_RUNNING:
1663                 /*
1664                  * See if our current CPU is in the set.  If not, force a
1665                  * context switch.
1666                  */
1667                 if (THREAD_CAN_SCHED(td, td->td_oncpu))
1668                         return;
1669
1670                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1671                 if (td != curthread)
1672                         ipi_selected(1 << cpu, IPI_AST);
1673                 break;
1674         default:
1675                 break;
1676         }
1677 #endif
1678 }