]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.1.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
MFC r239095: Do not add handler to event handlers list until ithread
[FreeBSD/releng/9.1.git] / sys / kern / sched_ule.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2007, Jeffrey Roberson <jeff@freebsd.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
10  *    disclaimer.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14  *
15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
16  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
17  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
18  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
19  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
20  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
24  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 /*
28  * This file implements the ULE scheduler.  ULE supports independent CPU
29  * run queues and fine grain locking.  It has superior interactive
30  * performance under load even on uni-processor systems.
31  *
32  * etymology:
33  *   ULE is the last three letters in schedule.  It owes its name to a
34  * generic user created for a scheduling system by Paul Mikesell at
35  * Isilon Systems and a general lack of creativity on the part of the author.
36  */
37
38 #include <sys/cdefs.h>
39 __FBSDID("$FreeBSD$");
40
41 #include "opt_hwpmc_hooks.h"
42 #include "opt_kdtrace.h"
43 #include "opt_sched.h"
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/kdb.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/mutex.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/resource.h>
54 #include <sys/resourcevar.h>
55 #include <sys/sched.h>
56 #include <sys/sdt.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sx.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/turnstile.h>
62 #include <sys/umtx.h>
63 #include <sys/vmmeter.h>
64 #include <sys/cpuset.h>
65 #include <sys/sbuf.h>
66
67 #ifdef HWPMC_HOOKS
68 #include <sys/pmckern.h>
69 #endif
70
71 #ifdef KDTRACE_HOOKS
72 #include <sys/dtrace_bsd.h>
73 int                             dtrace_vtime_active;
74 dtrace_vtime_switch_func_t      dtrace_vtime_switch_func;
75 #endif
76
77 #include <machine/cpu.h>
78 #include <machine/smp.h>
79
80 #if defined(__powerpc__) && defined(E500)
81 #error "This architecture is not currently compatible with ULE"
82 #endif
83
84 #define KTR_ULE 0
85
86 #define TS_NAME_LEN (MAXCOMLEN + sizeof(" td ") + sizeof(__XSTRING(UINT_MAX)))
87 #define TDQ_NAME_LEN    (sizeof("sched lock ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)))
88 #define TDQ_LOADNAME_LEN        (sizeof("CPU ") + sizeof(__XSTRING(MAXCPU)) - 1 + sizeof(" load"))
89
90 /*
91  * Thread scheduler specific section.  All fields are protected
92  * by the thread lock.
93  */
94 struct td_sched {       
95         struct runq     *ts_runq;       /* Run-queue we're queued on. */
96         short           ts_flags;       /* TSF_* flags. */
97         u_char          ts_cpu;         /* CPU that we have affinity for. */
98         int             ts_rltick;      /* Real last tick, for affinity. */
99         int             ts_slice;       /* Ticks of slice remaining. */
100         u_int           ts_slptime;     /* Number of ticks we vol. slept */
101         u_int           ts_runtime;     /* Number of ticks we were running */
102         int             ts_ltick;       /* Last tick that we were running on */
103         int             ts_ftick;       /* First tick that we were running on */
104         int             ts_ticks;       /* Tick count */
105 #ifdef KTR
106         char            ts_name[TS_NAME_LEN];
107 #endif
108 };
109 /* flags kept in ts_flags */
110 #define TSF_BOUND       0x0001          /* Thread can not migrate. */
111 #define TSF_XFERABLE    0x0002          /* Thread was added as transferable. */
112
113 static struct td_sched td_sched0;
114
115 #define THREAD_CAN_MIGRATE(td)  ((td)->td_pinned == 0)
116 #define THREAD_CAN_SCHED(td, cpu)       \
117     CPU_ISSET((cpu), &(td)->td_cpuset->cs_mask)
118
119 /*
120  * Priority ranges used for interactive and non-interactive timeshare
121  * threads.  The timeshare priorities are split up into four ranges.
122  * The first range handles interactive threads.  The last three ranges
123  * (NHALF, x, and NHALF) handle non-interactive threads with the outer
124  * ranges supporting nice values.
125  */
126 #define PRI_TIMESHARE_RANGE     (PRI_MAX_TIMESHARE - PRI_MIN_TIMESHARE + 1)
127 #define PRI_INTERACT_RANGE      ((PRI_TIMESHARE_RANGE - SCHED_PRI_NRESV) / 2)
128 #define PRI_BATCH_RANGE         (PRI_TIMESHARE_RANGE - PRI_INTERACT_RANGE)
129
130 #define PRI_MIN_INTERACT        PRI_MIN_TIMESHARE
131 #define PRI_MAX_INTERACT        (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE - 1)
132 #define PRI_MIN_BATCH           (PRI_MIN_TIMESHARE + PRI_INTERACT_RANGE)
133 #define PRI_MAX_BATCH           PRI_MAX_TIMESHARE
134
135 /*
136  * Cpu percentage computation macros and defines.
137  *
138  * SCHED_TICK_SECS:     Number of seconds to average the cpu usage across.
139  * SCHED_TICK_TARG:     Number of hz ticks to average the cpu usage across.
140  * SCHED_TICK_MAX:      Maximum number of ticks before scaling back.
141  * SCHED_TICK_SHIFT:    Shift factor to avoid rounding away results.
142  * SCHED_TICK_HZ:       Compute the number of hz ticks for a given ticks count.
143  * SCHED_TICK_TOTAL:    Gives the amount of time we've been recording ticks.
144  */
145 #define SCHED_TICK_SECS         10
146 #define SCHED_TICK_TARG         (hz * SCHED_TICK_SECS)
147 #define SCHED_TICK_MAX          (SCHED_TICK_TARG + hz)
148 #define SCHED_TICK_SHIFT        10
149 #define SCHED_TICK_HZ(ts)       ((ts)->ts_ticks >> SCHED_TICK_SHIFT)
150 #define SCHED_TICK_TOTAL(ts)    (max((ts)->ts_ltick - (ts)->ts_ftick, hz))
151
152 /*
153  * These macros determine priorities for non-interactive threads.  They are
154  * assigned a priority based on their recent cpu utilization as expressed
155  * by the ratio of ticks to the tick total.  NHALF priorities at the start
156  * and end of the MIN to MAX timeshare range are only reachable with negative
157  * or positive nice respectively.
158  *
159  * PRI_RANGE:   Priority range for utilization dependent priorities.
160  * PRI_NRESV:   Number of nice values.
161  * PRI_TICKS:   Compute a priority in PRI_RANGE from the ticks count and total.
162  * PRI_NICE:    Determines the part of the priority inherited from nice.
163  */
164 #define SCHED_PRI_NRESV         (PRIO_MAX - PRIO_MIN)
165 #define SCHED_PRI_NHALF         (SCHED_PRI_NRESV / 2)
166 #define SCHED_PRI_MIN           (PRI_MIN_BATCH + SCHED_PRI_NHALF)
167 #define SCHED_PRI_MAX           (PRI_MAX_BATCH - SCHED_PRI_NHALF)
168 #define SCHED_PRI_RANGE         (SCHED_PRI_MAX - SCHED_PRI_MIN + 1)
169 #define SCHED_PRI_TICKS(ts)                                             \
170     (SCHED_TICK_HZ((ts)) /                                              \
171     (roundup(SCHED_TICK_TOTAL((ts)), SCHED_PRI_RANGE) / SCHED_PRI_RANGE))
172 #define SCHED_PRI_NICE(nice)    (nice)
173
174 /*
175  * These determine the interactivity of a process.  Interactivity differs from
176  * cpu utilization in that it expresses the voluntary time slept vs time ran
177  * while cpu utilization includes all time not running.  This more accurately
178  * models the intent of the thread.
179  *
180  * SLP_RUN_MAX: Maximum amount of sleep time + run time we'll accumulate
181  *              before throttling back.
182  * SLP_RUN_FORK:        Maximum slp+run time to inherit at fork time.
183  * INTERACT_MAX:        Maximum interactivity value.  Smaller is better.
184  * INTERACT_THRESH:     Threshold for placement on the current runq.
185  */
186 #define SCHED_SLP_RUN_MAX       ((hz * 5) << SCHED_TICK_SHIFT)
187 #define SCHED_SLP_RUN_FORK      ((hz / 2) << SCHED_TICK_SHIFT)
188 #define SCHED_INTERACT_MAX      (100)
189 #define SCHED_INTERACT_HALF     (SCHED_INTERACT_MAX / 2)
190 #define SCHED_INTERACT_THRESH   (30)
191
192 /*
193  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
194  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
195  *                      due to rounding would be unacceptably high.
196  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
197  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
198  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
199  */
200 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
201 static int realstathz;
202 static int tickincr;
203 static int sched_slice = 1;
204 #ifdef PREEMPTION
205 #ifdef FULL_PREEMPTION
206 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
207 #else
208 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
209 #endif
210 #else 
211 static int preempt_thresh = 0;
212 #endif
213 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
214 static int sched_idlespins = 10000;
215 static int sched_idlespinthresh = -1;
216
217 /*
218  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
219  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
220  * locking in sched_pickcpu();
221  */
222 struct tdq {
223         /* Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch(). */
224         struct mtx      tdq_lock;               /* run queue lock. */
225         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
226         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
227         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
228         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
229         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
230         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
231         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
232         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
233         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
234         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
235         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
236         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
237         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
238         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
239         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
240 #ifdef KTR
241         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
242 #endif
243 } __aligned(64);
244
245 /* Idle thread states and config. */
246 #define TDQ_RUNNING     1
247 #define TDQ_IDLE        2
248
249 #ifdef SMP
250 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
251
252 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
253 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
254
255 /*
256  * Run-time tunables.
257  */
258 static int rebalance = 1;
259 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
260 static int affinity;
261 static int steal_idle = 1;
262 static int steal_thresh = 2;
263
264 /*
265  * One thread queue per processor.
266  */
267 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
268 static struct tdq       *balance_tdq;
269 static int balance_ticks;
270 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
271
272 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
273 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
274 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
275 #else   /* !SMP */
276 static struct tdq       tdq_cpu;
277
278 #define TDQ_ID(x)       (0)
279 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
280 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
281 #endif
282
283 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
284 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
285 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
286 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
287 #define TDQ_LOCKPTR(t)          (&(t)->tdq_lock)
288
289 static void sched_priority(struct thread *);
290 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
291 static int sched_interact_score(struct thread *);
292 static void sched_interact_update(struct thread *);
293 static void sched_interact_fork(struct thread *);
294 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
295
296 /* Operations on per processor queues */
297 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
298 static void tdq_setup(struct tdq *);
299 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
300 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
301 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
302 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
303 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
304 void tdq_print(int cpu);
305 static void runq_print(struct runq *rq);
306 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
307 #ifdef SMP
308 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
309 static int tdq_idled(struct tdq *);
310 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
311 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
312 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
313 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
314 static void sched_balance(void);
315 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
316 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
317 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
318 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
319 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
320 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
321     struct cpu_group *cg, int indent);
322 #endif
323
324 static void sched_setup(void *dummy);
325 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
326
327 static void sched_initticks(void *dummy);
328 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
329     NULL);
330
331 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
332
333 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change_pri, change-pri, "struct thread *", 
334     "struct proc *", "uint8_t");
335 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, dequeue, "struct thread *", 
336     "struct proc *", "void *");
337 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, enqueue, "struct thread *", 
338     "struct proc *", "void *", "int");
339 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend_pri, lend-pri, "struct thread *", 
340     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
341 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load_change, load-change, "int", "int");
342 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off_cpu, off-cpu, "struct thread *", 
343     "struct proc *");
344 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on_cpu, on-cpu);
345 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain_cpu, remain-cpu);
346 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, surrender, "struct thread *", 
347     "struct proc *");
348
349 /*
350  * Print the threads waiting on a run-queue.
351  */
352 static void
353 runq_print(struct runq *rq)
354 {
355         struct rqhead *rqh;
356         struct thread *td;
357         int pri;
358         int j;
359         int i;
360
361         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
362                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
363                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
364                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
365                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
366                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
367                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
368                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
369                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
370                                             td, td->td_name, td->td_priority,
371                                             td->td_rqindex, pri);
372                                 }
373                         }
374         }
375 }
376
377 /*
378  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
379  */
380 void
381 tdq_print(int cpu)
382 {
383         struct tdq *tdq;
384
385         tdq = TDQ_CPU(cpu);
386
387         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
388         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
389         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
390         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
391         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
392         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
393         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
394         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
395         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
396         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
397         printf("\trealtime runq:\n");
398         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
399         printf("\ttimeshare runq:\n");
400         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
401         printf("\tidle runq:\n");
402         runq_print(&tdq->tdq_idle);
403 }
404
405 static inline int
406 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
407 {
408         /*
409          * If the new priority is not better than the current priority there is
410          * nothing to do.
411          */
412         if (pri >= cpri)
413                 return (0);
414         /*
415          * Always preempt idle.
416          */
417         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
418                 return (1);
419         /*
420          * If preemption is disabled don't preempt others.
421          */
422         if (preempt_thresh == 0)
423                 return (0);
424         /*
425          * Preempt if we exceed the threshold.
426          */
427         if (pri <= preempt_thresh)
428                 return (1);
429         /*
430          * If we're interactive or better and there is non-interactive
431          * or worse running preempt only remote processors.
432          */
433         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
434                 return (1);
435         return (0);
436 }
437
438 /*
439  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
440  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
441  * queue position for timeshare threads.
442  */
443 static __inline void
444 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
445 {
446         struct td_sched *ts;
447         u_char pri;
448
449         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
450         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
451
452         pri = td->td_priority;
453         ts = td->td_sched;
454         TD_SET_RUNQ(td);
455         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
456                 tdq->tdq_transferable++;
457                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
458         }
459         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
460                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
461         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
462                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
463                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
464                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
465                 /*
466                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
467                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
468                  */
469                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
470                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
471                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
472                         /*
473                          * This effectively shortens the queue by one so we
474                          * can have a one slot difference between idx and
475                          * ridx while we wait for threads to drain.
476                          */
477                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
478                             pri == tdq->tdq_ridx)
479                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
480                 } else
481                         pri = tdq->tdq_ridx;
482                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
483                 return;
484         } else
485                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
486         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
487 }
488
489 /* 
490  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
491  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
492  * transferable count does not reflect them.
493  */
494 static __inline void
495 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
496 {
497         struct td_sched *ts;
498
499         ts = td->td_sched;
500         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
501         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
502             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
503         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
504                 tdq->tdq_transferable--;
505                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
506         }
507         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
508                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
509                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
510                 else
511                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
512         } else
513                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
514 }
515
516 /*
517  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
518  * for this thread to the referenced thread queue.
519  */
520 static void
521 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
522 {
523
524         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
525         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
526
527         tdq->tdq_load++;
528         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
529                 tdq->tdq_sysload++;
530         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
531         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
532 }
533
534 /*
535  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
536  * exiting.
537  */
538 static void
539 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
540 {
541
542         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
543         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
544         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
545             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
546
547         tdq->tdq_load--;
548         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
549                 tdq->tdq_sysload--;
550         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
551         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
552 }
553
554 /*
555  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
556  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
557  */
558 static void
559 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
560 {
561         struct thread *td;
562
563         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
564         if (ctd == NULL)
565                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
566         td = tdq_choose(tdq);
567         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
568                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
569         else
570                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
571 }
572
573 #ifdef SMP
574 struct cpu_search {
575         cpuset_t cs_mask;
576         u_int   cs_prefer;
577         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
578         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
579         int     cs_cpu;
580         int     cs_load;
581 };
582
583 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
584 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
585 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
586
587 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
588         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
589                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
590
591 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
592     struct cpu_search *high, const int match);
593 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
594 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
595 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
596     struct cpu_search *high);
597
598 /*
599  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
600  * according to the match argument.  This routine actually compares the
601  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
602  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
603  * the system.  This balances work among caches and busses.
604  *
605  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
606  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
607  * also recursive to the depth of the tree.
608  */
609 static __inline int
610 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
611     struct cpu_search *high, const int match)
612 {
613         struct cpu_search lgroup;
614         struct cpu_search hgroup;
615         cpuset_t cpumask;
616         struct cpu_group *child;
617         struct tdq *tdq;
618         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
619
620         total = 0;
621         cpumask = cg->cg_mask;
622         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
623                 lload = INT_MAX;
624                 lgroup = *low;
625         }
626         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
627                 hload = INT_MIN;
628                 hgroup = *high;
629         }
630
631         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
632         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; i >= 0; ) {
633                 if (i == 0) {
634                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
635                                 cpu--;
636                         if (cpu < 0)
637                                 break;
638                         child = NULL;
639                 } else
640                         child = &cg->cg_child[i - 1];
641
642                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
643                         lgroup.cs_cpu = -1;
644                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
645                         hgroup.cs_cpu = -1;
646                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
647                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
648                         switch (match) {
649                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
650                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
651                                 break;
652                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
653                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
654                                 break;
655                         case CPU_SEARCH_BOTH:
656                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
657                                 break;
658                         }
659                 } else {                        /* Handle child CPU. */
660                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
661                         load = tdq->tdq_load * 256;
662                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
663                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
664                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
665                                 if (cpu == low->cs_prefer)
666                                         load -= 64;
667                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
668                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
669                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
670                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
671                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
672                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
673                                 }
674                         }
675                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
676                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
677                                     tdq->tdq_transferable &&
678                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
679                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
680                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
681                                 }
682                 }
683                 total += load;
684
685                 /* We have info about child item. Compare it. */
686                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
687                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
688                             (load < lload ||
689                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
690                                 lload = load;
691                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
692                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
693                         }
694                 }
695                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
696                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
697                             (load > hload ||
698                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
699                                 hload = load;
700                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
701                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
702                         }
703                 if (child) {
704                         i--;
705                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
706                                 break;
707                 } else
708                         cpu--;
709         }
710         return (total);
711 }
712
713 /*
714  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
715  * optimization.
716  */
717 int
718 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
719 {
720         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
721 }
722
723 int
724 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
725 {
726         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
727 }
728
729 int
730 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
731     struct cpu_search *high)
732 {
733         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
734 }
735
736 /*
737  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
738  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
739  * acceptable.
740  */
741 static inline int
742 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
743     int prefer)
744 {
745         struct cpu_search low;
746
747         low.cs_cpu = -1;
748         low.cs_prefer = prefer;
749         low.cs_mask = mask;
750         low.cs_pri = pri;
751         low.cs_limit = maxload;
752         cpu_search_lowest(cg, &low);
753         return low.cs_cpu;
754 }
755
756 /*
757  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
758  */
759 static inline int
760 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
761 {
762         struct cpu_search high;
763
764         high.cs_cpu = -1;
765         high.cs_mask = mask;
766         high.cs_limit = minload;
767         cpu_search_highest(cg, &high);
768         return high.cs_cpu;
769 }
770
771 /*
772  * Simultaneously find the highest and lowest loaded cpu reachable via
773  * cg.
774  */
775 static inline void
776 sched_both(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int *lowcpu, int *highcpu)
777 {
778         struct cpu_search high;
779         struct cpu_search low;
780
781         low.cs_cpu = -1;
782         low.cs_prefer = -1;
783         low.cs_pri = -1;
784         low.cs_limit = INT_MAX;
785         low.cs_mask = mask;
786         high.cs_cpu = -1;
787         high.cs_limit = -1;
788         high.cs_mask = mask;
789         cpu_search_both(cg, &low, &high);
790         *lowcpu = low.cs_cpu;
791         *highcpu = high.cs_cpu;
792         return;
793 }
794
795 static void
796 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
797 {
798         cpuset_t hmask, lmask;
799         int high, low, anylow;
800
801         CPU_FILL(&hmask);
802         for (;;) {
803                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
804                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
805                 if (high == -1)
806                         break;
807                 CPU_CLR(high, &hmask);
808                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
809                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
810                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
811                         break;
812                 anylow = 1;
813 nextlow:
814                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
815                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
816                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
817                 if (anylow && low == -1)
818                         break;
819                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
820                 if (low == -1)
821                         continue;
822                 /* Transfer thread from high to low. */
823                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
824                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
825                         CPU_CLR(low, &hmask);
826                 } else {
827                         /*
828                          * If failed, then there is no threads on high
829                          * that can run on this low. Drop low from low
830                          * mask and look for different one.
831                          */
832                         CPU_CLR(low, &lmask);
833                         anylow = 0;
834                         goto nextlow;
835                 }
836         }
837 }
838
839 static void
840 sched_balance(void)
841 {
842         struct tdq *tdq;
843
844         /*
845          * Select a random time between .5 * balance_interval and
846          * 1.5 * balance_interval.
847          */
848         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
849         balance_ticks += random() % balance_interval;
850         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
851                 return;
852         tdq = TDQ_SELF();
853         TDQ_UNLOCK(tdq);
854         sched_balance_group(cpu_top);
855         TDQ_LOCK(tdq);
856 }
857
858 /*
859  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
860  */
861 static void
862 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
863 {
864         if (one < two) {
865                 TDQ_LOCK(one);
866                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
867         } else {
868                 TDQ_LOCK(two);
869                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
870         }
871 }
872
873 /*
874  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
875  */
876 static void
877 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
878 {
879         TDQ_UNLOCK(one);
880         TDQ_UNLOCK(two);
881 }
882
883 /*
884  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
885  */
886 static int
887 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
888 {
889         int moved;
890         int cpu;
891
892         tdq_lock_pair(high, low);
893         moved = 0;
894         /*
895          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
896          * threads we actually have to give up (transferable).
897          */
898         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
899             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
900                 /*
901                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
902                  * reschedule with the new workload.
903                  */
904                 cpu = TDQ_ID(low);
905                 sched_pin();
906                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
907                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
908                 sched_unpin();
909         }
910         tdq_unlock_pair(high, low);
911         return (moved);
912 }
913
914 /*
915  * Move a thread from one thread queue to another.
916  */
917 static int
918 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
919 {
920         struct td_sched *ts;
921         struct thread *td;
922         struct tdq *tdq;
923         int cpu;
924
925         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
926         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
927
928         tdq = from;
929         cpu = TDQ_ID(to);
930         td = tdq_steal(tdq, cpu);
931         if (td == NULL)
932                 return (0);
933         ts = td->td_sched;
934         /*
935          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
936          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
937          */
938         thread_lock(td);
939         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
940         TDQ_UNLOCK(from);
941         sched_rem(td);
942         ts->ts_cpu = cpu;
943         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
944         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
945         return (1);
946 }
947
948 /*
949  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
950  * to it.
951  */
952 static int
953 tdq_idled(struct tdq *tdq)
954 {
955         struct cpu_group *cg;
956         struct tdq *steal;
957         cpuset_t mask;
958         int thresh;
959         int cpu;
960
961         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
962                 return (1);
963         CPU_FILL(&mask);
964         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
965         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
966         spinlock_enter();
967         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
968                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
969                         thresh = steal_thresh;
970                 else
971                         thresh = 1;
972                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
973                 if (cpu == -1) {
974                         cg = cg->cg_parent;
975                         continue;
976                 }
977                 steal = TDQ_CPU(cpu);
978                 CPU_CLR(cpu, &mask);
979                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
980                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
981                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
982                         continue;
983                 }
984                 /*
985                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
986                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
987                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
988                  * set.
989                  */
990                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
991                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
992                         continue;
993                 }
994                 spinlock_exit();
995                 TDQ_UNLOCK(steal);
996                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
997                 thread_unlock(curthread);
998
999                 return (0);
1000         }
1001         spinlock_exit();
1002         return (1);
1003 }
1004
1005 /*
1006  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1007  */
1008 static void
1009 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1010 {
1011         struct thread *ctd;
1012         int pri;
1013         int cpu;
1014
1015         if (tdq->tdq_ipipending)
1016                 return;
1017         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1018         pri = td->td_priority;
1019         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1020         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1021                 return;
1022         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1023                 /*
1024                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1025                  * falling back to IPI.
1026                  */
1027                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1028                         return;
1029         }
1030         tdq->tdq_ipipending = 1;
1031         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1032 }
1033
1034 /*
1035  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1036  * index.
1037  */
1038 static struct thread *
1039 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1040 {
1041         struct rqbits *rqb;
1042         struct rqhead *rqh;
1043         struct thread *td, *first;
1044         int bit;
1045         int pri;
1046         int i;
1047
1048         rqb = &rq->rq_status;
1049         bit = start & (RQB_BPW -1);
1050         pri = 0;
1051         first = NULL;
1052 again:
1053         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1054                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1055                         continue;
1056                 if (bit != 0) {
1057                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1058                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1059                                         break;
1060                         if (pri >= RQB_BPW)
1061                                 continue;
1062                 } else
1063                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1064                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1065                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1066                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1067                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1068                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1069                                 return (td);
1070                         first = td;
1071                 }
1072         }
1073         if (start != 0) {
1074                 start = 0;
1075                 goto again;
1076         }
1077
1078         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1079             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1080                 return (first);
1081         return (NULL);
1082 }
1083
1084 /*
1085  * Steals load from a standard linear queue.
1086  */
1087 static struct thread *
1088 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1089 {
1090         struct rqhead *rqh;
1091         struct rqbits *rqb;
1092         struct thread *td;
1093         int word;
1094         int bit;
1095
1096         rqb = &rq->rq_status;
1097         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1098                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1099                         continue;
1100                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1101                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1102                                 continue;
1103                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1104                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1105                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1106                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1107                                         return (td);
1108                 }
1109         }
1110         return (NULL);
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1115  */
1116 static struct thread *
1117 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1118 {
1119         struct thread *td;
1120
1121         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1122         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1123                 return (td);
1124         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1125             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1126                 return (td);
1127         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1128 }
1129
1130 /*
1131  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1132  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1133  */
1134 static inline struct tdq *
1135 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1136 {
1137
1138         struct tdq *tdq;
1139
1140         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1141         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1142         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1143         /*
1144          * If the lock matches just return the queue.
1145          */
1146         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1147                 return (tdq);
1148 #ifdef notyet
1149         /*
1150          * If the thread isn't running its lockptr is a
1151          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1152          * blocking.
1153          */
1154         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1155                 TDQ_LOCK(tdq);
1156                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1157                 return (tdq);
1158         }
1159 #endif
1160         /*
1161          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1162          * prevent order reversals with other cpus locks.
1163          */
1164         spinlock_enter();
1165         thread_lock_block(td);
1166         TDQ_LOCK(tdq);
1167         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1168         spinlock_exit();
1169         return (tdq);
1170 }
1171
1172 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1173 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1174 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1175 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1176 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1177 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1178
1179 static int
1180 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1181 {
1182         struct cpu_group *cg, *ccg;
1183         struct td_sched *ts;
1184         struct tdq *tdq;
1185         cpuset_t mask;
1186         int cpu, pri, self;
1187
1188         self = PCPU_GET(cpuid);
1189         ts = td->td_sched;
1190         if (smp_started == 0)
1191                 return (self);
1192         /*
1193          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1194          */
1195         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1196                 return (ts->ts_cpu);
1197         /*
1198          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1199          * the interrupt.
1200          */
1201         pri = td->td_priority;
1202         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1203             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1204                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1205                 ts->ts_cpu = self;
1206                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1207                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1208                         return (ts->ts_cpu);
1209                 }
1210         }
1211         /*
1212          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1213          * expired or it is idle run it there.
1214          */
1215         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1216         cg = tdq->tdq_cg;
1217         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1218             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1219             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1220                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1221                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1222                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1223                                         break;
1224                         }
1225                 } else
1226                         cpu = INT_MAX;
1227                 if (cpu > mp_maxid) {
1228                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1229                         return (ts->ts_cpu);
1230                 }
1231         }
1232         /*
1233          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1234          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1235          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1236          */
1237         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1238                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1239                         continue;
1240                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1241                         continue;
1242                 ccg = cg;
1243         }
1244         if (ccg != NULL)
1245                 cg = ccg;
1246         cpu = -1;
1247         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1248         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1249         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1250             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1251                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1252                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1253         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1254         if (cpu == -1)
1255                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1256         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1257         if (cpu == -1)
1258                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1259         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1260         /*
1261          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1262          */
1263         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1264             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1265             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1266                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1267                 cpu = self;
1268         } else
1269                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1270         if (cpu != ts->ts_cpu)
1271                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1272         return (cpu);
1273 }
1274 #endif
1275
1276 /*
1277  * Pick the highest priority task we have and return it.
1278  */
1279 static struct thread *
1280 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1281 {
1282         struct thread *td;
1283
1284         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1285         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1286         if (td != NULL)
1287                 return (td);
1288         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1289         if (td != NULL) {
1290                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1291                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1292                     td->td_priority));
1293                 return (td);
1294         }
1295         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1296         if (td != NULL) {
1297                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1298                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1299                     td->td_priority));
1300                 return (td);
1301         }
1302
1303         return (NULL);
1304 }
1305
1306 /*
1307  * Initialize a thread queue.
1308  */
1309 static void
1310 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1311 {
1312
1313         if (bootverbose)
1314                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1315         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1316         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1317         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1318         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1319             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1320         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1321             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1322 #ifdef KTR
1323         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1324             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1325 #endif
1326 }
1327
1328 #ifdef SMP
1329 static void
1330 sched_setup_smp(void)
1331 {
1332         struct tdq *tdq;
1333         int i;
1334
1335         cpu_top = smp_topo();
1336         CPU_FOREACH(i) {
1337                 tdq = TDQ_CPU(i);
1338                 tdq_setup(tdq);
1339                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1340                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1341                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1342         }
1343         balance_tdq = TDQ_SELF();
1344         sched_balance();
1345 }
1346 #endif
1347
1348 /*
1349  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1350  * information.
1351  */
1352 static void
1353 sched_setup(void *dummy)
1354 {
1355         struct tdq *tdq;
1356
1357         tdq = TDQ_SELF();
1358 #ifdef SMP
1359         sched_setup_smp();
1360 #else
1361         tdq_setup(tdq);
1362 #endif
1363         /*
1364          * To avoid divide-by-zero, we set realstathz a dummy value
1365          * in case which sched_clock() called before sched_initticks().
1366          */
1367         realstathz = hz;
1368         sched_slice = (realstathz/10);  /* ~100ms */
1369         tickincr = 1 << SCHED_TICK_SHIFT;
1370
1371         /* Add thread0's load since it's running. */
1372         TDQ_LOCK(tdq);
1373         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1374         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1375         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1376         TDQ_UNLOCK(tdq);
1377 }
1378
1379 /*
1380  * This routine determines the tickincr after stathz and hz are setup.
1381  */
1382 /* ARGSUSED */
1383 static void
1384 sched_initticks(void *dummy)
1385 {
1386         int incr;
1387
1388         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1389         sched_slice = (realstathz/10);  /* ~100ms */
1390
1391         /*
1392          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1393          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1394          */
1395         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1396         /*
1397          * This does not work for values of stathz that are more than
1398          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1399          */
1400         if (incr == 0)
1401                 incr = 1;
1402         tickincr = incr;
1403 #ifdef SMP
1404         /*
1405          * Set the default balance interval now that we know
1406          * what realstathz is.
1407          */
1408         balance_interval = realstathz;
1409         /*
1410          * Set steal thresh to roughly log2(mp_ncpu) but no greater than 4. 
1411          * This prevents excess thrashing on large machines and excess idle 
1412          * on smaller machines.
1413          */
1414         steal_thresh = min(fls(mp_ncpus) - 1, 3);
1415         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1416 #endif
1417         if (sched_idlespinthresh < 0)
1418                 sched_idlespinthresh = max(16, 2 * hz / realstathz);
1419 }
1420
1421
1422 /*
1423  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1424  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1425  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1426  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1427  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1428  */
1429 static int
1430 sched_interact_score(struct thread *td)
1431 {
1432         struct td_sched *ts;
1433         int div;
1434
1435         ts = td->td_sched;
1436         /*
1437          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1438          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1439          * no chance.
1440          */
1441         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1442                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1443                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1444
1445         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1446                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1447                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1448                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1449         }
1450         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1451                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1452                 return (ts->ts_runtime / div);
1453         }
1454         /* runtime == slptime */
1455         if (ts->ts_runtime)
1456                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1457
1458         /*
1459          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1460          */
1461         return (0);
1462
1463 }
1464
1465 /*
1466  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1467  * process.
1468  */
1469 static void
1470 sched_priority(struct thread *td)
1471 {
1472         int score;
1473         int pri;
1474
1475         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1476                 return;
1477         /*
1478          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1479          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1480          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1481          *
1482          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1483          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1484          * utilization and the rest is decided by nice value.
1485          *
1486          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1487          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1488          * considered interactive.
1489          */
1490         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1491         if (score < sched_interact) {
1492                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1493                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1494                     sched_interact) * score;
1495                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1496                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1497                     pri, score));
1498         } else {
1499                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1500                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1501                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1502                             SCHED_PRI_RANGE);
1503                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1504                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1505                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1506                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1507                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1508                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1509                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1510         }
1511         sched_user_prio(td, pri);
1512
1513         return;
1514 }
1515
1516 /*
1517  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1518  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1519  * function is ugly due to integer math.
1520  */
1521 static void
1522 sched_interact_update(struct thread *td)
1523 {
1524         struct td_sched *ts;
1525         u_int sum;
1526
1527         ts = td->td_sched;
1528         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1529         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1530                 return;
1531         /*
1532          * This only happens from two places:
1533          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1534          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1535          */
1536         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1537                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1538                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1539                         ts->ts_slptime = 1;
1540                 } else {
1541                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1542                         ts->ts_runtime = 1;
1543                 }
1544                 return;
1545         }
1546         /*
1547          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1548          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1549          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1550          */
1551         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1552                 ts->ts_runtime /= 2;
1553                 ts->ts_slptime /= 2;
1554                 return;
1555         }
1556         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1557         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1558 }
1559
1560 /*
1561  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1562  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1563  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1564  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1565  */
1566 static void
1567 sched_interact_fork(struct thread *td)
1568 {
1569         int ratio;
1570         int sum;
1571
1572         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1573         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1574                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1575                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1576                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1577         }
1578 }
1579
1580 /*
1581  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1582  */
1583 void
1584 schedinit(void)
1585 {
1586
1587         /*
1588          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1589          */
1590         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1591         thread0.td_sched = &td_sched0;
1592         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1593         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1594         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
1595 }
1596
1597 /*
1598  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1599  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1600  * at most sched_slice stathz ticks.
1601  */
1602 int
1603 sched_rr_interval(void)
1604 {
1605
1606         /* Convert sched_slice to hz */
1607         return (hz/(realstathz/sched_slice));
1608 }
1609
1610 /*
1611  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1612  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1613  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1614  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1615  */
1616 static void
1617 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1618 {
1619         int t = ticks;
1620
1621         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1622                 ts->ts_ticks = 0;
1623                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1624         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1625                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1626                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1627                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1628         }
1629         if (run)
1630                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1631         ts->ts_ltick = t;
1632 }
1633
1634 /*
1635  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1636  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1637  * functions.
1638  */
1639 static void
1640 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1641 {
1642         struct td_sched *ts;
1643         struct tdq *tdq;
1644         int oldpri;
1645
1646         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1647             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1648             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1649         SDT_PROBE3(sched, , , change_pri, td, td->td_proc, prio);
1650         if (td != curthread && prio > td->td_priority) {
1651                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1652                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1653                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1654                 SDT_PROBE4(sched, , , lend_pri, td, td->td_proc, prio, 
1655                     curthread);
1656         } 
1657         ts = td->td_sched;
1658         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1659         if (td->td_priority == prio)
1660                 return;
1661         /*
1662          * If the priority has been elevated due to priority
1663          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1664          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1665          * cases.
1666          */
1667         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1668                 sched_rem(td);
1669                 td->td_priority = prio;
1670                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1671                 return;
1672         }
1673         /*
1674          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1675          * information so other cpus are aware of our current priority.
1676          */
1677         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1678                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1679                 oldpri = td->td_priority;
1680                 td->td_priority = prio;
1681                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1682                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1683                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1684                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1685                 return;
1686         }
1687         td->td_priority = prio;
1688 }
1689
1690 /*
1691  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1692  * priority.
1693  */
1694 void
1695 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1696 {
1697
1698         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1699         sched_thread_priority(td, prio);
1700 }
1701
1702 /*
1703  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1704  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1705  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1706  * requests.  If the thread's regular priority is less
1707  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1708  * of prio.
1709  */
1710 void
1711 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1712 {
1713         u_char base_pri;
1714
1715         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1716             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1717                 base_pri = td->td_user_pri;
1718         else
1719                 base_pri = td->td_base_pri;
1720         if (prio >= base_pri) {
1721                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1722                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1723         } else
1724                 sched_lend_prio(td, prio);
1725 }
1726
1727 /*
1728  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1729  */
1730 void
1731 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1732 {
1733         u_char oldprio;
1734
1735         /* First, update the base priority. */
1736         td->td_base_pri = prio;
1737
1738         /*
1739          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1740          * ever lower the priority.
1741          */
1742         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1743                 return;
1744
1745         /* Change the real priority. */
1746         oldprio = td->td_priority;
1747         sched_thread_priority(td, prio);
1748
1749         /*
1750          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1751          * its state.
1752          */
1753         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1754                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1755 }
1756
1757 /*
1758  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1759  */
1760 void
1761 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1762 {
1763
1764         td->td_base_user_pri = prio;
1765         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1766                 return;
1767         td->td_user_pri = prio;
1768 }
1769
1770 void
1771 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1772 {
1773
1774         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1775         td->td_lend_user_pri = prio;
1776         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1777         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1778                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1779         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1780                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1781 }
1782
1783 /*
1784  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1785  * cpu binding.
1786  */
1787 static struct mtx *
1788 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1789 {
1790         struct tdq *tdn;
1791
1792         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1793 #ifdef SMP
1794         tdq_load_rem(tdq, td);
1795         /*
1796          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1797          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1798          * not holding either run-queue lock.
1799          */
1800         spinlock_enter();
1801         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1802
1803         /*
1804          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1805          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1806          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1807          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1808          * question while the target processor is spinning with its own
1809          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1810          */
1811         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1812         tdq_add(tdn, td, flags);
1813         tdq_notify(tdn, td);
1814         TDQ_UNLOCK(tdn);
1815         spinlock_exit();
1816 #endif
1817         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1818 }
1819
1820 /*
1821  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1822  * is blocked.
1823  */
1824 static inline void
1825 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1826 {
1827         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1828             (uintptr_t)mtx);
1829 }
1830
1831 /*
1832  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1833  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1834  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1835  * be assigned elsewhere via binding.
1836  */
1837 void
1838 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1839 {
1840         struct tdq *tdq;
1841         struct td_sched *ts;
1842         struct mtx *mtx;
1843         int srqflag;
1844         int cpuid;
1845
1846         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1847         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1848
1849         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1850         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1851         ts = td->td_sched;
1852         mtx = td->td_lock;
1853         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1854         ts->ts_rltick = ticks;
1855         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1856         td->td_oncpu = NOCPU;
1857         if (!(flags & SW_PREEMPT))
1858                 td->td_flags &= ~TDF_NEEDRESCHED;
1859         td->td_owepreempt = 0;
1860         tdq->tdq_switchcnt++;
1861         /*
1862          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1863          * to CAN_RUN as well.
1864          */
1865         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1866                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1867                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1868         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1869                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1870                 srqflag = (flags & SW_PREEMPT) ?
1871                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1872                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1873 #ifdef SMP
1874                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1875                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1876 #endif
1877                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1878                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1879                 else {
1880                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1881                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1882                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1883                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1884                 }
1885         } else {
1886                 /* This thread must be going to sleep. */
1887                 TDQ_LOCK(tdq);
1888                 mtx = thread_lock_block(td);
1889                 tdq_load_rem(tdq, td);
1890         }
1891         /*
1892          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1893          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1894          * thread-queue locked.
1895          */
1896         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1897         newtd = choosethread();
1898         /*
1899          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1900          */
1901         if (td != newtd) {
1902 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1903                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1904                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1905 #endif
1906                 SDT_PROBE2(sched, , , off_cpu, td, td->td_proc);
1907                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1908                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1909                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1910
1911 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1912                 /*
1913                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1914                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1915                  * function to call.
1916                  */
1917                 if (dtrace_vtime_active)
1918                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1919 #endif
1920
1921                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1922                 /*
1923                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1924                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1925                  * run queue lock.
1926                  */
1927                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1928                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1929                 lock_profile_obtain_lock_success(
1930                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1931
1932                 SDT_PROBE0(sched, , , on_cpu);
1933 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1934                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1935                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1936 #endif
1937         } else {
1938                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1939                 SDT_PROBE0(sched, , , remain_cpu);
1940         }
1941         /*
1942          * Assert that all went well and return.
1943          */
1944         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1945         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1946         td->td_oncpu = cpuid;
1947 }
1948
1949 /*
1950  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1951  */
1952 void
1953 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1954 {
1955         struct thread *td;
1956
1957         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1958
1959         p->p_nice = nice;
1960         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1961                 thread_lock(td);
1962                 sched_priority(td);
1963                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1964                 thread_unlock(td);
1965         }
1966 }
1967
1968 /*
1969  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1970  */
1971 void
1972 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1973 {
1974
1975         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1976
1977         td->td_slptick = ticks;
1978         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1979                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1980         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1981                 return;
1982         if (static_boost == 1 && prio)
1983                 sched_prio(td, prio);
1984         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1985                 sched_prio(td, static_boost);
1986 }
1987
1988 /*
1989  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1990  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1991  */
1992 void
1993 sched_wakeup(struct thread *td)
1994 {
1995         struct td_sched *ts;
1996         int slptick;
1997
1998         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1999         ts = td->td_sched;
2000         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
2001         /*
2002          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
2003          * priority.
2004          */
2005         slptick = td->td_slptick;
2006         td->td_slptick = 0;
2007         if (slptick && slptick != ticks) {
2008                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2009                 sched_interact_update(td);
2010                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2011         }
2012         /* Reset the slice value after we sleep. */
2013         ts->ts_slice = sched_slice;
2014         sched_add(td, SRQ_BORING);
2015 }
2016
2017 /*
2018  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2019  * priority.
2020  */
2021 void
2022 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2023 {
2024         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2025         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2026         sched_fork_thread(td, child);
2027         /*
2028          * Penalize the parent and child for forking.
2029          */
2030         sched_interact_fork(child);
2031         sched_priority(child);
2032         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2033         sched_interact_update(td);
2034         sched_priority(td);
2035 }
2036
2037 /*
2038  * Fork a new thread, may be within the same process.
2039  */
2040 void
2041 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2042 {
2043         struct td_sched *ts;
2044         struct td_sched *ts2;
2045
2046         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2047         /*
2048          * Initialize child.
2049          */
2050         ts = td->td_sched;
2051         ts2 = child->td_sched;
2052         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
2053         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2054         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2055         ts2->ts_flags = 0;
2056         /*
2057          * Grab our parents cpu estimation information.
2058          */
2059         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2060         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2061         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2062         /*
2063          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2064          */
2065         child->td_priority = child->td_base_pri;
2066         /*
2067          * And update interactivity score.
2068          */
2069         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2070         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2071         ts2->ts_slice = 1;      /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2072 #ifdef KTR
2073         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2074 #endif
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Adjust the priority class of a thread.
2079  */
2080 void
2081 sched_class(struct thread *td, int class)
2082 {
2083
2084         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2085         if (td->td_pri_class == class)
2086                 return;
2087         td->td_pri_class = class;
2088 }
2089
2090 /*
2091  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2092  */
2093 void
2094 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2095 {
2096         struct thread *td;
2097
2098         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2099             "prio:%d", child->td_priority);
2100         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2101         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2102         sched_exit_thread(td, child);
2103 }
2104
2105 /*
2106  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2107  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2108  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2109  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2110  */
2111 void
2112 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2113 {
2114
2115         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2116             "prio:%d", child->td_priority);
2117         /*
2118          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2119          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2120          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2121          */
2122         thread_lock(td);
2123         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2124         sched_interact_update(td);
2125         sched_priority(td);
2126         thread_unlock(td);
2127 }
2128
2129 void
2130 sched_preempt(struct thread *td)
2131 {
2132         struct tdq *tdq;
2133
2134         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2135
2136         thread_lock(td);
2137         tdq = TDQ_SELF();
2138         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2139         tdq->tdq_ipipending = 0;
2140         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2141                 int flags;
2142
2143                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2144                 if (td->td_critnest > 1)
2145                         td->td_owepreempt = 1;
2146                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2147                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2148                 else
2149                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2150         }
2151         thread_unlock(td);
2152 }
2153
2154 /*
2155  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2156  * to static priorities in msleep() or similar.
2157  */
2158 void
2159 sched_userret(struct thread *td)
2160 {
2161         /*
2162          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2163          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2164          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2165          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2166          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2167          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2168          * it perfectly here.
2169          */
2170         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2171             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2172         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2173                 thread_lock(td);
2174                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2175                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2176                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2177                 thread_unlock(td);
2178         }
2179 }
2180
2181 /*
2182  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2183  * threads.
2184  */
2185 void
2186 sched_clock(struct thread *td)
2187 {
2188         struct tdq *tdq;
2189         struct td_sched *ts;
2190
2191         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2192         tdq = TDQ_SELF();
2193 #ifdef SMP
2194         /*
2195          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2196          */
2197         if (balance_tdq == tdq) {
2198                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2199                         sched_balance();
2200         }
2201 #endif
2202         /*
2203          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2204          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2205          * If there is some activity seed it to reflect that.
2206          */
2207         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2208         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2209         /*
2210          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2211          * threads get a chance to run.
2212          */
2213         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2214                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2215                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2216                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2217         }
2218         ts = td->td_sched;
2219         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2220         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2221                 return;
2222         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2223                 /*
2224                  * We used a tick; charge it to the thread so
2225                  * that we can compute our interactivity.
2226                  */
2227                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2228                 sched_interact_update(td);
2229                 sched_priority(td);
2230         }
2231         /*
2232          * We used up one time slice.
2233          */
2234         if (--ts->ts_slice > 0)
2235                 return;
2236         /*
2237          * We're out of time, force a requeue at userret().
2238          */
2239         ts->ts_slice = sched_slice;
2240         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Called once per hz tick.
2245  */
2246 void
2247 sched_tick(int cnt)
2248 {
2249
2250 }
2251
2252 /*
2253  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2254  * cooperative idle threads.
2255  */
2256 int
2257 sched_runnable(void)
2258 {
2259         struct tdq *tdq;
2260         int load;
2261
2262         load = 1;
2263
2264         tdq = TDQ_SELF();
2265         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2266                 if (tdq->tdq_load > 0)
2267                         goto out;
2268         } else
2269                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2270                         goto out;
2271         load = 0;
2272 out:
2273         return (load);
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2278  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2279  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2280  */
2281 struct thread *
2282 sched_choose(void)
2283 {
2284         struct thread *td;
2285         struct tdq *tdq;
2286
2287         tdq = TDQ_SELF();
2288         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2289         td = tdq_choose(tdq);
2290         if (td) {
2291                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2292                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2293                 return (td);
2294         }
2295         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2296         return (PCPU_GET(idlethread));
2297 }
2298
2299 /*
2300  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2301  * we always request it once we exit a critical section.
2302  */
2303 static inline void
2304 sched_setpreempt(struct thread *td)
2305 {
2306         struct thread *ctd;
2307         int cpri;
2308         int pri;
2309
2310         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2311
2312         ctd = curthread;
2313         pri = td->td_priority;
2314         cpri = ctd->td_priority;
2315         if (pri < cpri)
2316                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2317         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2318                 return;
2319         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2320                 return;
2321         ctd->td_owepreempt = 1;
2322 }
2323
2324 /*
2325  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2326  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2327  * predetermined.
2328  */
2329 void
2330 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2331 {
2332
2333         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2334         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2335             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2336         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2337             ("sched_add: bad thread state"));
2338         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2339             ("sched_add: thread swapped out"));
2340
2341         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2342                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2343         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2344         tdq_load_add(tdq, td);
2345 }
2346
2347 /*
2348  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2349  * preemption or IPI a remote processor if required.
2350  */
2351 void
2352 sched_add(struct thread *td, int flags)
2353 {
2354         struct tdq *tdq;
2355 #ifdef SMP
2356         int cpu;
2357 #endif
2358
2359         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2360             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2361             sched_tdname(curthread));
2362         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2363             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2364         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2365             flags & SRQ_PREEMPTED);
2366         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2367         /*
2368          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2369          * run-queue.
2370          */
2371         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2372                 sched_priority(td);
2373 #ifdef SMP
2374         /*
2375          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2376          * target cpu.
2377          */
2378         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2379         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2380         tdq_add(tdq, td, flags);
2381         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2382                 tdq_notify(tdq, td);
2383                 return;
2384         }
2385 #else
2386         tdq = TDQ_SELF();
2387         TDQ_LOCK(tdq);
2388         /*
2389          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2390          * to the scheduler's lock.
2391          */
2392         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2393         tdq_add(tdq, td, flags);
2394 #endif
2395         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2396                 sched_setpreempt(td);
2397 }
2398
2399 /*
2400  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2401  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2402  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2403  */
2404 void
2405 sched_rem(struct thread *td)
2406 {
2407         struct tdq *tdq;
2408
2409         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2410             "prio:%d", td->td_priority);
2411         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2412         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2413         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2414         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2415         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2416             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2417         tdq_runq_rem(tdq, td);
2418         tdq_load_rem(tdq, td);
2419         TD_SET_CAN_RUN(td);
2420         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2421                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2422 }
2423
2424 /*
2425  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2426  */
2427 fixpt_t
2428 sched_pctcpu(struct thread *td)
2429 {
2430         fixpt_t pctcpu;
2431         struct td_sched *ts;
2432
2433         pctcpu = 0;
2434         ts = td->td_sched;
2435         if (ts == NULL)
2436                 return (0);
2437
2438         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2439         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2440         if (ts->ts_ticks) {
2441                 int rtick;
2442
2443                 /* How many rtick per second ? */
2444                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2445                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2446         }
2447
2448         return (pctcpu);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2453  * cpumask.
2454  */
2455 void
2456 sched_affinity(struct thread *td)
2457 {
2458 #ifdef SMP
2459         struct td_sched *ts;
2460
2461         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2462         ts = td->td_sched;
2463         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2464                 return;
2465         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2466                 sched_rem(td);
2467                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2468                 return;
2469         }
2470         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2471                 return;
2472         /*
2473          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2474          * target thread is not running locally send an ipi to force
2475          * the issue.
2476          */
2477         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2478         if (td != curthread)
2479                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2480 #endif
2481 }
2482
2483 /*
2484  * Bind a thread to a target cpu.
2485  */
2486 void
2487 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2488 {
2489         struct td_sched *ts;
2490
2491         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2492         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2493         ts = td->td_sched;
2494         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2495                 sched_unbind(td);
2496         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2497         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2498         sched_pin();
2499         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2500                 return;
2501         ts->ts_cpu = cpu;
2502         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2503         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2504 }
2505
2506 /*
2507  * Release a bound thread.
2508  */
2509 void
2510 sched_unbind(struct thread *td)
2511 {
2512         struct td_sched *ts;
2513
2514         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2515         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2516         ts = td->td_sched;
2517         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2518                 return;
2519         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2520         sched_unpin();
2521 }
2522
2523 int
2524 sched_is_bound(struct thread *td)
2525 {
2526         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2527         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * Basic yield call.
2532  */
2533 void
2534 sched_relinquish(struct thread *td)
2535 {
2536         thread_lock(td);
2537         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2538         thread_unlock(td);
2539 }
2540
2541 /*
2542  * Return the total system load.
2543  */
2544 int
2545 sched_load(void)
2546 {
2547 #ifdef SMP
2548         int total;
2549         int i;
2550
2551         total = 0;
2552         CPU_FOREACH(i)
2553                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2554         return (total);
2555 #else
2556         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2557 #endif
2558 }
2559
2560 int
2561 sched_sizeof_proc(void)
2562 {
2563         return (sizeof(struct proc));
2564 }
2565
2566 int
2567 sched_sizeof_thread(void)
2568 {
2569         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2570 }
2571
2572 #ifdef SMP
2573 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2574     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2575 #else
2576 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2577 #endif
2578
2579 /*
2580  * The actual idle process.
2581  */
2582 void
2583 sched_idletd(void *dummy)
2584 {
2585         struct thread *td;
2586         struct tdq *tdq;
2587         int switchcnt;
2588         int i;
2589
2590         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2591         td = curthread;
2592         tdq = TDQ_SELF();
2593         for (;;) {
2594 #ifdef SMP
2595                 if (tdq_idled(tdq) == 0)
2596                         continue;
2597 #endif
2598                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2599                 /*
2600                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2601                  * for load rather than entering a low power state that 
2602                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2603                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2604                  * cycles from cores doing useful work.
2605                  */
2606                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2607                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2608                                 if (tdq->tdq_load)
2609                                         break;
2610                                 cpu_spinwait();
2611                         }
2612                 }
2613                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2614                 if (tdq->tdq_load == 0) {
2615                         tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2616                         if (tdq->tdq_load == 0) {
2617                                 cpu_idle(switchcnt > sched_idlespinthresh * 4);
2618                                 tdq->tdq_switchcnt++;
2619                         }
2620                         tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2621                 }
2622                 if (tdq->tdq_load) {
2623                         thread_lock(td);
2624                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2625                         thread_unlock(td);
2626                 }
2627         }
2628 }
2629
2630 /*
2631  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2632  */
2633 void
2634 sched_throw(struct thread *td)
2635 {
2636         struct thread *newtd;
2637         struct tdq *tdq;
2638
2639         tdq = TDQ_SELF();
2640         if (td == NULL) {
2641                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2642                 TDQ_LOCK(tdq);
2643                 spinlock_exit();
2644                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2645                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2646         } else {
2647                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2648                 tdq_load_rem(tdq, td);
2649                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2650         }
2651         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2652         newtd = choosethread();
2653         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2654         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2655 }
2656
2657 /*
2658  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2659  * let fork do the rest of the work.
2660  */
2661 void
2662 sched_fork_exit(struct thread *td)
2663 {
2664         struct td_sched *ts;
2665         struct tdq *tdq;
2666         int cpuid;
2667
2668         /*
2669          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2670          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2671          */
2672         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2673         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2674         ts = td->td_sched;
2675         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2676                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2677         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2678         td->td_oncpu = cpuid;
2679         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2680         lock_profile_obtain_lock_success(
2681             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2682 }
2683
2684 /*
2685  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2686  */
2687 char *
2688 sched_tdname(struct thread *td)
2689 {
2690 #ifdef KTR
2691         struct td_sched *ts;
2692
2693         ts = td->td_sched;
2694         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2695                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2696                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2697         return (ts->ts_name);
2698 #else
2699         return (td->td_name);
2700 #endif
2701 }
2702
2703 #ifdef KTR
2704 void
2705 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2706 {
2707         struct td_sched *ts;
2708
2709         ts = td->td_sched;
2710         ts->ts_name[0] = '\0';
2711 }
2712 #endif
2713
2714 #ifdef SMP
2715
2716 /*
2717  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2718  * the topology tree.
2719  */
2720 static int
2721 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2722     int indent)
2723 {
2724         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2725         int i, first;
2726
2727         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2728             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2729         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2730             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2731         first = TRUE;
2732         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2733                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2734                         if (!first)
2735                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2736                         else
2737                                 first = FALSE;
2738                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2739                 }
2740         }
2741         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2742
2743         if (cg->cg_flags != 0) {
2744                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2745                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2746                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2747                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2748                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2749                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2750                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2751                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2752         }
2753
2754         if (cg->cg_children > 0) {
2755                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2756                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2757                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2758                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2759                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2760         }
2761         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2762         return (0);
2763 }
2764
2765 /*
2766  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2767  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2768  */
2769 static int
2770 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2771 {
2772         struct sbuf *topo;
2773         int err;
2774
2775         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2776
2777         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2778         if (topo == NULL)
2779                 return (ENOMEM);
2780
2781         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2782         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2783         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2784
2785         if (err == 0) {
2786                 sbuf_finish(topo);
2787                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2788         }
2789         sbuf_delete(topo);
2790         return (err);
2791 }
2792
2793 #endif
2794
2795 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2796 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2797     "Scheduler name");
2798 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2799     "Slice size for timeshare threads");
2800 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2801      "Interactivity score threshold");
2802 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW, &preempt_thresh,
2803      0,"Min priority for preemption, lower priorities have greater precedence");
2804 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost,
2805      0,"Controls whether static kernel priorities are assigned to sleeping threads.");
2806 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins,
2807      0,"Number of times idle will spin waiting for new work.");
2808 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW, &sched_idlespinthresh,
2809      0,"Threshold before we will permit idle spinning.");
2810 #ifdef SMP
2811 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2812     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2813 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2814     "Enables the long-term load balancer");
2815 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2816     &balance_interval, 0,
2817     "Average frequency in stathz ticks to run the long-term balancer");
2818 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2819     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2820 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2821     "Minimum load on remote cpu before we'll steal");
2822
2823 /* Retrieve SMP topology */
2824 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2825     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A", 
2826     "XML dump of detected CPU topology");
2827
2828 #endif
2829
2830 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2831 static int ccpu = 0;
2832 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");