]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.2.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
- Copy stable/9 to releng/9.2 as part of the 9.2-RELEASE cycle.
[FreeBSD/releng/9.2.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 /* Flags kept in td_flags. */
193 #define TDF_SLICEEND    TDF_SCHED2      /* Thread time slice is over. */
194
195 /*
196  * tickincr:            Converts a stathz tick into a hz domain scaled by
197  *                      the shift factor.  Without the shift the error rate
198  *                      due to rounding would be unacceptably high.
199  * realstathz:          stathz is sometimes 0 and run off of hz.
200  * sched_slice:         Runtime of each thread before rescheduling.
201  * preempt_thresh:      Priority threshold for preemption and remote IPIs.
202  */
203 static int sched_interact = SCHED_INTERACT_THRESH;
204 static int realstathz = 127;
205 static int tickincr = 8 << SCHED_TICK_SHIFT;
206 static int sched_slice = 12;
207 #ifdef PREEMPTION
208 #ifdef FULL_PREEMPTION
209 static int preempt_thresh = PRI_MAX_IDLE;
210 #else
211 static int preempt_thresh = PRI_MIN_KERN;
212 #endif
213 #else 
214 static int preempt_thresh = 0;
215 #endif
216 static int static_boost = PRI_MIN_BATCH;
217 static int sched_idlespins = 10000;
218 static int sched_idlespinthresh = -1;
219
220 /*
221  * tdq - per processor runqs and statistics.  All fields are protected by the
222  * tdq_lock.  The load and lowpri may be accessed without to avoid excess
223  * locking in sched_pickcpu();
224  */
225 struct tdq {
226         /* Ordered to improve efficiency of cpu_search() and switch(). */
227         struct mtx      tdq_lock;               /* run queue lock. */
228         struct cpu_group *tdq_cg;               /* Pointer to cpu topology. */
229         volatile int    tdq_load;               /* Aggregate load. */
230         volatile int    tdq_cpu_idle;           /* cpu_idle() is active. */
231         int             tdq_sysload;            /* For loadavg, !ITHD load. */
232         int             tdq_transferable;       /* Transferable thread count. */
233         short           tdq_switchcnt;          /* Switches this tick. */
234         short           tdq_oldswitchcnt;       /* Switches last tick. */
235         u_char          tdq_lowpri;             /* Lowest priority thread. */
236         u_char          tdq_ipipending;         /* IPI pending. */
237         u_char          tdq_idx;                /* Current insert index. */
238         u_char          tdq_ridx;               /* Current removal index. */
239         struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
240         struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
241         struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
242         char            tdq_name[TDQ_NAME_LEN];
243 #ifdef KTR
244         char            tdq_loadname[TDQ_LOADNAME_LEN];
245 #endif
246 } __aligned(64);
247
248 /* Idle thread states and config. */
249 #define TDQ_RUNNING     1
250 #define TDQ_IDLE        2
251
252 #ifdef SMP
253 struct cpu_group *cpu_top;              /* CPU topology */
254
255 #define SCHED_AFFINITY_DEFAULT  (max(1, hz / 1000))
256 #define SCHED_AFFINITY(ts, t)   ((ts)->ts_rltick > ticks - ((t) * affinity))
257
258 /*
259  * Run-time tunables.
260  */
261 static int rebalance = 1;
262 static int balance_interval = 128;      /* Default set in sched_initticks(). */
263 static int affinity;
264 static int steal_idle = 1;
265 static int steal_thresh = 2;
266
267 /*
268  * One thread queue per processor.
269  */
270 static struct tdq       tdq_cpu[MAXCPU];
271 static struct tdq       *balance_tdq;
272 static int balance_ticks;
273 static DPCPU_DEFINE(uint32_t, randomval);
274
275 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu[PCPU_GET(cpuid)])
276 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu[(x)])
277 #define TDQ_ID(x)       ((int)((x) - tdq_cpu))
278 #else   /* !SMP */
279 static struct tdq       tdq_cpu;
280
281 #define TDQ_ID(x)       (0)
282 #define TDQ_SELF()      (&tdq_cpu)
283 #define TDQ_CPU(x)      (&tdq_cpu)
284 #endif
285
286 #define TDQ_LOCK_ASSERT(t, type)        mtx_assert(TDQ_LOCKPTR((t)), (type))
287 #define TDQ_LOCK(t)             mtx_lock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
288 #define TDQ_LOCK_FLAGS(t, f)    mtx_lock_spin_flags(TDQ_LOCKPTR((t)), (f))
289 #define TDQ_UNLOCK(t)           mtx_unlock_spin(TDQ_LOCKPTR((t)))
290 #define TDQ_LOCKPTR(t)          (&(t)->tdq_lock)
291
292 static void sched_priority(struct thread *);
293 static void sched_thread_priority(struct thread *, u_char);
294 static int sched_interact_score(struct thread *);
295 static void sched_interact_update(struct thread *);
296 static void sched_interact_fork(struct thread *);
297 static void sched_pctcpu_update(struct td_sched *, int);
298
299 /* Operations on per processor queues */
300 static struct thread *tdq_choose(struct tdq *);
301 static void tdq_setup(struct tdq *);
302 static void tdq_load_add(struct tdq *, struct thread *);
303 static void tdq_load_rem(struct tdq *, struct thread *);
304 static __inline void tdq_runq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
305 static __inline void tdq_runq_rem(struct tdq *, struct thread *);
306 static inline int sched_shouldpreempt(int, int, int);
307 void tdq_print(int cpu);
308 static void runq_print(struct runq *rq);
309 static void tdq_add(struct tdq *, struct thread *, int);
310 #ifdef SMP
311 static int tdq_move(struct tdq *, struct tdq *);
312 static int tdq_idled(struct tdq *);
313 static void tdq_notify(struct tdq *, struct thread *);
314 static struct thread *tdq_steal(struct tdq *, int);
315 static struct thread *runq_steal(struct runq *, int);
316 static int sched_pickcpu(struct thread *, int);
317 static void sched_balance(void);
318 static int sched_balance_pair(struct tdq *, struct tdq *);
319 static inline struct tdq *sched_setcpu(struct thread *, int, int);
320 static inline void thread_unblock_switch(struct thread *, struct mtx *);
321 static struct mtx *sched_switch_migrate(struct tdq *, struct thread *, int);
322 static int sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
323 static int sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, 
324     struct cpu_group *cg, int indent);
325 #endif
326
327 static void sched_setup(void *dummy);
328 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_RUN_QUEUE, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL);
329
330 static void sched_initticks(void *dummy);
331 SYSINIT(sched_initticks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_THIRD, sched_initticks,
332     NULL);
333
334 SDT_PROVIDER_DEFINE(sched);
335
336 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , change_pri, change-pri, "struct thread *", 
337     "struct proc *", "uint8_t");
338 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, dequeue, "struct thread *", 
339     "struct proc *", "void *");
340 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, enqueue, "struct thread *", 
341     "struct proc *", "void *", "int");
342 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend_pri, lend-pri, "struct thread *", 
343     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
344 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load_change, load-change, "int", "int");
345 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off_cpu, off-cpu, "struct thread *", 
346     "struct proc *");
347 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on_cpu, on-cpu);
348 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain_cpu, remain-cpu);
349 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , surrender, surrender, "struct thread *", 
350     "struct proc *");
351
352 /*
353  * Print the threads waiting on a run-queue.
354  */
355 static void
356 runq_print(struct runq *rq)
357 {
358         struct rqhead *rqh;
359         struct thread *td;
360         int pri;
361         int j;
362         int i;
363
364         for (i = 0; i < RQB_LEN; i++) {
365                 printf("\t\trunq bits %d 0x%zx\n",
366                     i, rq->rq_status.rqb_bits[i]);
367                 for (j = 0; j < RQB_BPW; j++)
368                         if (rq->rq_status.rqb_bits[i] & (1ul << j)) {
369                                 pri = j + (i << RQB_L2BPW);
370                                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
371                                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
372                                         printf("\t\t\ttd %p(%s) priority %d rqindex %d pri %d\n",
373                                             td, td->td_name, td->td_priority,
374                                             td->td_rqindex, pri);
375                                 }
376                         }
377         }
378 }
379
380 /*
381  * Print the status of a per-cpu thread queue.  Should be a ddb show cmd.
382  */
383 void
384 tdq_print(int cpu)
385 {
386         struct tdq *tdq;
387
388         tdq = TDQ_CPU(cpu);
389
390         printf("tdq %d:\n", TDQ_ID(tdq));
391         printf("\tlock            %p\n", TDQ_LOCKPTR(tdq));
392         printf("\tLock name:      %s\n", tdq->tdq_name);
393         printf("\tload:           %d\n", tdq->tdq_load);
394         printf("\tswitch cnt:     %d\n", tdq->tdq_switchcnt);
395         printf("\told switch cnt: %d\n", tdq->tdq_oldswitchcnt);
396         printf("\ttimeshare idx:  %d\n", tdq->tdq_idx);
397         printf("\ttimeshare ridx: %d\n", tdq->tdq_ridx);
398         printf("\tload transferable: %d\n", tdq->tdq_transferable);
399         printf("\tlowest priority:   %d\n", tdq->tdq_lowpri);
400         printf("\trealtime runq:\n");
401         runq_print(&tdq->tdq_realtime);
402         printf("\ttimeshare runq:\n");
403         runq_print(&tdq->tdq_timeshare);
404         printf("\tidle runq:\n");
405         runq_print(&tdq->tdq_idle);
406 }
407
408 static inline int
409 sched_shouldpreempt(int pri, int cpri, int remote)
410 {
411         /*
412          * If the new priority is not better than the current priority there is
413          * nothing to do.
414          */
415         if (pri >= cpri)
416                 return (0);
417         /*
418          * Always preempt idle.
419          */
420         if (cpri >= PRI_MIN_IDLE)
421                 return (1);
422         /*
423          * If preemption is disabled don't preempt others.
424          */
425         if (preempt_thresh == 0)
426                 return (0);
427         /*
428          * Preempt if we exceed the threshold.
429          */
430         if (pri <= preempt_thresh)
431                 return (1);
432         /*
433          * If we're interactive or better and there is non-interactive
434          * or worse running preempt only remote processors.
435          */
436         if (remote && pri <= PRI_MAX_INTERACT && cpri > PRI_MAX_INTERACT)
437                 return (1);
438         return (0);
439 }
440
441 /*
442  * Add a thread to the actual run-queue.  Keeps transferable counts up to
443  * date with what is actually on the run-queue.  Selects the correct
444  * queue position for timeshare threads.
445  */
446 static __inline void
447 tdq_runq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
448 {
449         struct td_sched *ts;
450         u_char pri;
451
452         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
453         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
454
455         pri = td->td_priority;
456         ts = td->td_sched;
457         TD_SET_RUNQ(td);
458         if (THREAD_CAN_MIGRATE(td)) {
459                 tdq->tdq_transferable++;
460                 ts->ts_flags |= TSF_XFERABLE;
461         }
462         if (pri < PRI_MIN_BATCH) {
463                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_realtime;
464         } else if (pri <= PRI_MAX_BATCH) {
465                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_timeshare;
466                 KASSERT(pri <= PRI_MAX_BATCH && pri >= PRI_MIN_BATCH,
467                         ("Invalid priority %d on timeshare runq", pri));
468                 /*
469                  * This queue contains only priorities between MIN and MAX
470                  * realtime.  Use the whole queue to represent these values.
471                  */
472                 if ((flags & (SRQ_BORROWING|SRQ_PREEMPTED)) == 0) {
473                         pri = RQ_NQS * (pri - PRI_MIN_BATCH) / PRI_BATCH_RANGE;
474                         pri = (pri + tdq->tdq_idx) % RQ_NQS;
475                         /*
476                          * This effectively shortens the queue by one so we
477                          * can have a one slot difference between idx and
478                          * ridx while we wait for threads to drain.
479                          */
480                         if (tdq->tdq_ridx != tdq->tdq_idx &&
481                             pri == tdq->tdq_ridx)
482                                 pri = (unsigned char)(pri - 1) % RQ_NQS;
483                 } else
484                         pri = tdq->tdq_ridx;
485                 runq_add_pri(ts->ts_runq, td, pri, flags);
486                 return;
487         } else
488                 ts->ts_runq = &tdq->tdq_idle;
489         runq_add(ts->ts_runq, td, flags);
490 }
491
492 /* 
493  * Remove a thread from a run-queue.  This typically happens when a thread
494  * is selected to run.  Running threads are not on the queue and the
495  * transferable count does not reflect them.
496  */
497 static __inline void
498 tdq_runq_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
499 {
500         struct td_sched *ts;
501
502         ts = td->td_sched;
503         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
504         KASSERT(ts->ts_runq != NULL,
505             ("tdq_runq_remove: thread %p null ts_runq", td));
506         if (ts->ts_flags & TSF_XFERABLE) {
507                 tdq->tdq_transferable--;
508                 ts->ts_flags &= ~TSF_XFERABLE;
509         }
510         if (ts->ts_runq == &tdq->tdq_timeshare) {
511                 if (tdq->tdq_idx != tdq->tdq_ridx)
512                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, &tdq->tdq_ridx);
513                 else
514                         runq_remove_idx(ts->ts_runq, td, NULL);
515         } else
516                 runq_remove(ts->ts_runq, td);
517 }
518
519 /*
520  * Load is maintained for all threads RUNNING and ON_RUNQ.  Add the load
521  * for this thread to the referenced thread queue.
522  */
523 static void
524 tdq_load_add(struct tdq *tdq, struct thread *td)
525 {
526
527         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
528         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
529
530         tdq->tdq_load++;
531         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
532                 tdq->tdq_sysload++;
533         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
534         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
535 }
536
537 /*
538  * Remove the load from a thread that is transitioning to a sleep state or
539  * exiting.
540  */
541 static void
542 tdq_load_rem(struct tdq *tdq, struct thread *td)
543 {
544
545         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
546         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
547         KASSERT(tdq->tdq_load != 0,
548             ("tdq_load_rem: Removing with 0 load on queue %d", TDQ_ID(tdq)));
549
550         tdq->tdq_load--;
551         if ((td->td_flags & TDF_NOLOAD) == 0)
552                 tdq->tdq_sysload--;
553         KTR_COUNTER0(KTR_SCHED, "load", tdq->tdq_loadname, tdq->tdq_load);
554         SDT_PROBE2(sched, , , load_change, (int)TDQ_ID(tdq), tdq->tdq_load);
555 }
556
557 /*
558  * Set lowpri to its exact value by searching the run-queue and
559  * evaluating curthread.  curthread may be passed as an optimization.
560  */
561 static void
562 tdq_setlowpri(struct tdq *tdq, struct thread *ctd)
563 {
564         struct thread *td;
565
566         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
567         if (ctd == NULL)
568                 ctd = pcpu_find(TDQ_ID(tdq))->pc_curthread;
569         td = tdq_choose(tdq);
570         if (td == NULL || td->td_priority > ctd->td_priority)
571                 tdq->tdq_lowpri = ctd->td_priority;
572         else
573                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
574 }
575
576 #ifdef SMP
577 struct cpu_search {
578         cpuset_t cs_mask;
579         u_int   cs_prefer;
580         int     cs_pri;         /* Min priority for low. */
581         int     cs_limit;       /* Max load for low, min load for high. */
582         int     cs_cpu;
583         int     cs_load;
584 };
585
586 #define CPU_SEARCH_LOWEST       0x1
587 #define CPU_SEARCH_HIGHEST      0x2
588 #define CPU_SEARCH_BOTH         (CPU_SEARCH_LOWEST|CPU_SEARCH_HIGHEST)
589
590 #define CPUSET_FOREACH(cpu, mask)                               \
591         for ((cpu) = 0; (cpu) <= mp_maxid; (cpu)++)             \
592                 if (CPU_ISSET(cpu, &mask))
593
594 static __inline int cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
595     struct cpu_search *high, const int match);
596 int cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low);
597 int cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high);
598 int cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
599     struct cpu_search *high);
600
601 /*
602  * Search the tree of cpu_groups for the lowest or highest loaded cpu
603  * according to the match argument.  This routine actually compares the
604  * load on all paths through the tree and finds the least loaded cpu on
605  * the least loaded path, which may differ from the least loaded cpu in
606  * the system.  This balances work among caches and busses.
607  *
608  * This inline is instantiated in three forms below using constants for the
609  * match argument.  It is reduced to the minimum set for each case.  It is
610  * also recursive to the depth of the tree.
611  */
612 static __inline int
613 cpu_search(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
614     struct cpu_search *high, const int match)
615 {
616         struct cpu_search lgroup;
617         struct cpu_search hgroup;
618         cpuset_t cpumask;
619         struct cpu_group *child;
620         struct tdq *tdq;
621         int cpu, i, hload, lload, load, total, rnd, *rndptr;
622
623         total = 0;
624         cpumask = cg->cg_mask;
625         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
626                 lload = INT_MAX;
627                 lgroup = *low;
628         }
629         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST) {
630                 hload = INT_MIN;
631                 hgroup = *high;
632         }
633
634         /* Iterate through the child CPU groups and then remaining CPUs. */
635         for (i = cg->cg_children, cpu = mp_maxid; i >= 0; ) {
636                 if (i == 0) {
637                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
638                                 cpu--;
639                         if (cpu < 0)
640                                 break;
641                         child = NULL;
642                 } else
643                         child = &cg->cg_child[i - 1];
644
645                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
646                         lgroup.cs_cpu = -1;
647                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
648                         hgroup.cs_cpu = -1;
649                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
650                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
651                         switch (match) {
652                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
653                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
654                                 break;
655                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
656                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
657                                 break;
658                         case CPU_SEARCH_BOTH:
659                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
660                                 break;
661                         }
662                 } else {                        /* Handle child CPU. */
663                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
664                         load = tdq->tdq_load * 256;
665                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
666                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
667                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
668                                 if (cpu == low->cs_prefer)
669                                         load -= 64;
670                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
671                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
672                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
673                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
674                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
675                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
676                                 }
677                         }
678                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
679                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
680                                     tdq->tdq_transferable &&
681                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
682                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
683                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
684                                 }
685                 }
686                 total += load;
687
688                 /* We have info about child item. Compare it. */
689                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
690                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
691                             (load < lload ||
692                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
693                                 lload = load;
694                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
695                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
696                         }
697                 }
698                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
699                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
700                             (load > hload ||
701                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
702                                 hload = load;
703                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
704                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
705                         }
706                 if (child) {
707                         i--;
708                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
709                                 break;
710                 } else
711                         cpu--;
712         }
713         return (total);
714 }
715
716 /*
717  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
718  * optimization.
719  */
720 int
721 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
722 {
723         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
724 }
725
726 int
727 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
728 {
729         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
730 }
731
732 int
733 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
734     struct cpu_search *high)
735 {
736         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
737 }
738
739 /*
740  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
741  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
742  * acceptable.
743  */
744 static inline int
745 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
746     int prefer)
747 {
748         struct cpu_search low;
749
750         low.cs_cpu = -1;
751         low.cs_prefer = prefer;
752         low.cs_mask = mask;
753         low.cs_pri = pri;
754         low.cs_limit = maxload;
755         cpu_search_lowest(cg, &low);
756         return low.cs_cpu;
757 }
758
759 /*
760  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
761  */
762 static inline int
763 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
764 {
765         struct cpu_search high;
766
767         high.cs_cpu = -1;
768         high.cs_mask = mask;
769         high.cs_limit = minload;
770         cpu_search_highest(cg, &high);
771         return high.cs_cpu;
772 }
773
774 /*
775  * Simultaneously find the highest and lowest loaded cpu reachable via
776  * cg.
777  */
778 static inline void
779 sched_both(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int *lowcpu, int *highcpu)
780 {
781         struct cpu_search high;
782         struct cpu_search low;
783
784         low.cs_cpu = -1;
785         low.cs_prefer = -1;
786         low.cs_pri = -1;
787         low.cs_limit = INT_MAX;
788         low.cs_mask = mask;
789         high.cs_cpu = -1;
790         high.cs_limit = -1;
791         high.cs_mask = mask;
792         cpu_search_both(cg, &low, &high);
793         *lowcpu = low.cs_cpu;
794         *highcpu = high.cs_cpu;
795         return;
796 }
797
798 static void
799 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
800 {
801         cpuset_t hmask, lmask;
802         int high, low, anylow;
803
804         CPU_FILL(&hmask);
805         for (;;) {
806                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
807                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
808                 if (high == -1)
809                         break;
810                 CPU_CLR(high, &hmask);
811                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
812                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
813                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
814                         break;
815                 anylow = 1;
816 nextlow:
817                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
818                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
819                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
820                 if (anylow && low == -1)
821                         break;
822                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
823                 if (low == -1)
824                         continue;
825                 /* Transfer thread from high to low. */
826                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
827                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
828                         CPU_CLR(low, &hmask);
829                 } else {
830                         /*
831                          * If failed, then there is no threads on high
832                          * that can run on this low. Drop low from low
833                          * mask and look for different one.
834                          */
835                         CPU_CLR(low, &lmask);
836                         anylow = 0;
837                         goto nextlow;
838                 }
839         }
840 }
841
842 static void
843 sched_balance(void)
844 {
845         struct tdq *tdq;
846
847         /*
848          * Select a random time between .5 * balance_interval and
849          * 1.5 * balance_interval.
850          */
851         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
852         balance_ticks += random() % balance_interval;
853         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
854                 return;
855         tdq = TDQ_SELF();
856         TDQ_UNLOCK(tdq);
857         sched_balance_group(cpu_top);
858         TDQ_LOCK(tdq);
859 }
860
861 /*
862  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
863  */
864 static void
865 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
866 {
867         if (one < two) {
868                 TDQ_LOCK(one);
869                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
870         } else {
871                 TDQ_LOCK(two);
872                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
873         }
874 }
875
876 /*
877  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
878  */
879 static void
880 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
881 {
882         TDQ_UNLOCK(one);
883         TDQ_UNLOCK(two);
884 }
885
886 /*
887  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
888  */
889 static int
890 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
891 {
892         int moved;
893         int cpu;
894
895         tdq_lock_pair(high, low);
896         moved = 0;
897         /*
898          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
899          * threads we actually have to give up (transferable).
900          */
901         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
902             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
903                 /*
904                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
905                  * reschedule with the new workload.
906                  */
907                 cpu = TDQ_ID(low);
908                 sched_pin();
909                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
910                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
911                 sched_unpin();
912         }
913         tdq_unlock_pair(high, low);
914         return (moved);
915 }
916
917 /*
918  * Move a thread from one thread queue to another.
919  */
920 static int
921 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
922 {
923         struct td_sched *ts;
924         struct thread *td;
925         struct tdq *tdq;
926         int cpu;
927
928         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
929         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
930
931         tdq = from;
932         cpu = TDQ_ID(to);
933         td = tdq_steal(tdq, cpu);
934         if (td == NULL)
935                 return (0);
936         ts = td->td_sched;
937         /*
938          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
939          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
940          */
941         thread_lock(td);
942         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
943         TDQ_UNLOCK(from);
944         sched_rem(td);
945         ts->ts_cpu = cpu;
946         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
947         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
948         return (1);
949 }
950
951 /*
952  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
953  * to it.
954  */
955 static int
956 tdq_idled(struct tdq *tdq)
957 {
958         struct cpu_group *cg;
959         struct tdq *steal;
960         cpuset_t mask;
961         int thresh;
962         int cpu;
963
964         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
965                 return (1);
966         CPU_FILL(&mask);
967         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
968         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
969         spinlock_enter();
970         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
971                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
972                         thresh = steal_thresh;
973                 else
974                         thresh = 1;
975                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
976                 if (cpu == -1) {
977                         cg = cg->cg_parent;
978                         continue;
979                 }
980                 steal = TDQ_CPU(cpu);
981                 CPU_CLR(cpu, &mask);
982                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
983                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
984                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
985                         continue;
986                 }
987                 /*
988                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
989                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
990                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
991                  * set.
992                  */
993                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
994                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
995                         continue;
996                 }
997                 spinlock_exit();
998                 TDQ_UNLOCK(steal);
999                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
1000                 thread_unlock(curthread);
1001
1002                 return (0);
1003         }
1004         spinlock_exit();
1005         return (1);
1006 }
1007
1008 /*
1009  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
1010  */
1011 static void
1012 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
1013 {
1014         struct thread *ctd;
1015         int pri;
1016         int cpu;
1017
1018         if (tdq->tdq_ipipending)
1019                 return;
1020         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1021         pri = td->td_priority;
1022         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1023         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1024                 return;
1025         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1026                 /*
1027                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1028                  * falling back to IPI.
1029                  */
1030                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1031                         return;
1032         }
1033         tdq->tdq_ipipending = 1;
1034         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1035 }
1036
1037 /*
1038  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1039  * index.
1040  */
1041 static struct thread *
1042 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1043 {
1044         struct rqbits *rqb;
1045         struct rqhead *rqh;
1046         struct thread *td, *first;
1047         int bit;
1048         int pri;
1049         int i;
1050
1051         rqb = &rq->rq_status;
1052         bit = start & (RQB_BPW -1);
1053         pri = 0;
1054         first = NULL;
1055 again:
1056         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1057                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1058                         continue;
1059                 if (bit != 0) {
1060                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1061                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1062                                         break;
1063                         if (pri >= RQB_BPW)
1064                                 continue;
1065                 } else
1066                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1067                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1068                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1069                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1070                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1071                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1072                                 return (td);
1073                         first = td;
1074                 }
1075         }
1076         if (start != 0) {
1077                 start = 0;
1078                 goto again;
1079         }
1080
1081         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1082             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1083                 return (first);
1084         return (NULL);
1085 }
1086
1087 /*
1088  * Steals load from a standard linear queue.
1089  */
1090 static struct thread *
1091 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1092 {
1093         struct rqhead *rqh;
1094         struct rqbits *rqb;
1095         struct thread *td;
1096         int word;
1097         int bit;
1098
1099         rqb = &rq->rq_status;
1100         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1101                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1102                         continue;
1103                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1104                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1105                                 continue;
1106                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1107                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1108                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1109                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1110                                         return (td);
1111                 }
1112         }
1113         return (NULL);
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1118  */
1119 static struct thread *
1120 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1121 {
1122         struct thread *td;
1123
1124         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1125         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1126                 return (td);
1127         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1128             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1129                 return (td);
1130         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1131 }
1132
1133 /*
1134  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1135  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1136  */
1137 static inline struct tdq *
1138 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1139 {
1140
1141         struct tdq *tdq;
1142
1143         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1144         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1145         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1146         /*
1147          * If the lock matches just return the queue.
1148          */
1149         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1150                 return (tdq);
1151 #ifdef notyet
1152         /*
1153          * If the thread isn't running its lockptr is a
1154          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1155          * blocking.
1156          */
1157         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1158                 TDQ_LOCK(tdq);
1159                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1160                 return (tdq);
1161         }
1162 #endif
1163         /*
1164          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1165          * prevent order reversals with other cpus locks.
1166          */
1167         spinlock_enter();
1168         thread_lock_block(td);
1169         TDQ_LOCK(tdq);
1170         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1171         spinlock_exit();
1172         return (tdq);
1173 }
1174
1175 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1176 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1177 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1178 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1179 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1180 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1181
1182 static int
1183 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1184 {
1185         struct cpu_group *cg, *ccg;
1186         struct td_sched *ts;
1187         struct tdq *tdq;
1188         cpuset_t mask;
1189         int cpu, pri, self;
1190
1191         self = PCPU_GET(cpuid);
1192         ts = td->td_sched;
1193         if (smp_started == 0)
1194                 return (self);
1195         /*
1196          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1197          */
1198         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1199                 return (ts->ts_cpu);
1200         /*
1201          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1202          * the interrupt.
1203          */
1204         pri = td->td_priority;
1205         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1206             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1207                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1208                 ts->ts_cpu = self;
1209                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1210                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1211                         return (ts->ts_cpu);
1212                 }
1213         }
1214         /*
1215          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1216          * expired or it is idle run it there.
1217          */
1218         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1219         cg = tdq->tdq_cg;
1220         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1221             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1222             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1223                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1224                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1225                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1226                                         break;
1227                         }
1228                 } else
1229                         cpu = INT_MAX;
1230                 if (cpu > mp_maxid) {
1231                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1232                         return (ts->ts_cpu);
1233                 }
1234         }
1235         /*
1236          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1237          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1238          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1239          */
1240         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1241                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1242                         continue;
1243                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1244                         continue;
1245                 ccg = cg;
1246         }
1247         if (ccg != NULL)
1248                 cg = ccg;
1249         cpu = -1;
1250         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1251         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1252         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1253             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1254                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1255                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1256         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1257         if (cpu == -1)
1258                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1259         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1260         if (cpu == -1)
1261                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1262         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1263         /*
1264          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1265          */
1266         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1267             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1268             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1269                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1270                 cpu = self;
1271         } else
1272                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1273         if (cpu != ts->ts_cpu)
1274                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1275         return (cpu);
1276 }
1277 #endif
1278
1279 /*
1280  * Pick the highest priority task we have and return it.
1281  */
1282 static struct thread *
1283 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1284 {
1285         struct thread *td;
1286
1287         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1288         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1289         if (td != NULL)
1290                 return (td);
1291         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1292         if (td != NULL) {
1293                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1294                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1295                     td->td_priority));
1296                 return (td);
1297         }
1298         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1299         if (td != NULL) {
1300                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1301                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1302                     td->td_priority));
1303                 return (td);
1304         }
1305
1306         return (NULL);
1307 }
1308
1309 /*
1310  * Initialize a thread queue.
1311  */
1312 static void
1313 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1314 {
1315
1316         if (bootverbose)
1317                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1318         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1319         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1320         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1321         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1322             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1323         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1324             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1325 #ifdef KTR
1326         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1327             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1328 #endif
1329 }
1330
1331 #ifdef SMP
1332 static void
1333 sched_setup_smp(void)
1334 {
1335         struct tdq *tdq;
1336         int i;
1337
1338         cpu_top = smp_topo();
1339         CPU_FOREACH(i) {
1340                 tdq = TDQ_CPU(i);
1341                 tdq_setup(tdq);
1342                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1343                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1344                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1345         }
1346         balance_tdq = TDQ_SELF();
1347         sched_balance();
1348 }
1349 #endif
1350
1351 /*
1352  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1353  * information.
1354  */
1355 static void
1356 sched_setup(void *dummy)
1357 {
1358         struct tdq *tdq;
1359
1360         tdq = TDQ_SELF();
1361 #ifdef SMP
1362         sched_setup_smp();
1363 #else
1364         tdq_setup(tdq);
1365 #endif
1366
1367         /* Add thread0's load since it's running. */
1368         TDQ_LOCK(tdq);
1369         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1370         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1371         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1372         TDQ_UNLOCK(tdq);
1373 }
1374
1375 /*
1376  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1377  */
1378 /* ARGSUSED */
1379 static void
1380 sched_initticks(void *dummy)
1381 {
1382         int incr;
1383
1384         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1385         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
1386         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1387             realstathz);
1388
1389         /*
1390          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1391          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1392          */
1393         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1394         /*
1395          * This does not work for values of stathz that are more than
1396          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1397          */
1398         if (incr == 0)
1399                 incr = 1;
1400         tickincr = incr;
1401 #ifdef SMP
1402         /*
1403          * Set the default balance interval now that we know
1404          * what realstathz is.
1405          */
1406         balance_interval = realstathz;
1407         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1408 #endif
1409         if (sched_idlespinthresh < 0)
1410                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1411 }
1412
1413
1414 /*
1415  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1416  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1417  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1418  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1419  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1420  */
1421 static int
1422 sched_interact_score(struct thread *td)
1423 {
1424         struct td_sched *ts;
1425         int div;
1426
1427         ts = td->td_sched;
1428         /*
1429          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1430          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1431          * no chance.
1432          */
1433         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1434                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1435                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1436
1437         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1438                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1439                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1440                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1441         }
1442         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1443                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1444                 return (ts->ts_runtime / div);
1445         }
1446         /* runtime == slptime */
1447         if (ts->ts_runtime)
1448                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1449
1450         /*
1451          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1452          */
1453         return (0);
1454
1455 }
1456
1457 /*
1458  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1459  * process.
1460  */
1461 static void
1462 sched_priority(struct thread *td)
1463 {
1464         int score;
1465         int pri;
1466
1467         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1468                 return;
1469         /*
1470          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1471          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1472          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1473          *
1474          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1475          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1476          * utilization and the rest is decided by nice value.
1477          *
1478          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1479          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1480          * considered interactive.
1481          */
1482         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1483         if (score < sched_interact) {
1484                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1485                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1486                     sched_interact) * score;
1487                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1488                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1489                     pri, score));
1490         } else {
1491                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1492                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1493                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1494                             SCHED_PRI_RANGE);
1495                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1496                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1497                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1498                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1499                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1500                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1501                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1502         }
1503         sched_user_prio(td, pri);
1504
1505         return;
1506 }
1507
1508 /*
1509  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1510  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1511  * function is ugly due to integer math.
1512  */
1513 static void
1514 sched_interact_update(struct thread *td)
1515 {
1516         struct td_sched *ts;
1517         u_int sum;
1518
1519         ts = td->td_sched;
1520         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1521         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1522                 return;
1523         /*
1524          * This only happens from two places:
1525          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1526          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1527          */
1528         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1529                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1530                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1531                         ts->ts_slptime = 1;
1532                 } else {
1533                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1534                         ts->ts_runtime = 1;
1535                 }
1536                 return;
1537         }
1538         /*
1539          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1540          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1541          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1542          */
1543         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1544                 ts->ts_runtime /= 2;
1545                 ts->ts_slptime /= 2;
1546                 return;
1547         }
1548         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1549         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1554  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1555  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1556  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1557  */
1558 static void
1559 sched_interact_fork(struct thread *td)
1560 {
1561         int ratio;
1562         int sum;
1563
1564         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1565         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1566                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1567                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1568                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1569         }
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1574  */
1575 void
1576 schedinit(void)
1577 {
1578
1579         /*
1580          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1581          */
1582         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1583         thread0.td_sched = &td_sched0;
1584         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1585         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1586         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
1587 }
1588
1589 /*
1590  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1591  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1592  * at most sched_slice stathz ticks.
1593  */
1594 int
1595 sched_rr_interval(void)
1596 {
1597
1598         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1599         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1600 }
1601
1602 /*
1603  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1604  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1605  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1606  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1607  */
1608 static void
1609 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1610 {
1611         int t = ticks;
1612
1613         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1614                 ts->ts_ticks = 0;
1615                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1616         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1617                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1618                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1619                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1620         }
1621         if (run)
1622                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1623         ts->ts_ltick = t;
1624 }
1625
1626 /*
1627  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1628  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1629  * functions.
1630  */
1631 static void
1632 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1633 {
1634         struct td_sched *ts;
1635         struct tdq *tdq;
1636         int oldpri;
1637
1638         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1639             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1640             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1641         SDT_PROBE3(sched, , , change_pri, td, td->td_proc, prio);
1642         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1643                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1644                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1645                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1646                 SDT_PROBE4(sched, , , lend_pri, td, td->td_proc, prio, 
1647                     curthread);
1648         } 
1649         ts = td->td_sched;
1650         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1651         if (td->td_priority == prio)
1652                 return;
1653         /*
1654          * If the priority has been elevated due to priority
1655          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1656          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1657          * cases.
1658          */
1659         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1660                 sched_rem(td);
1661                 td->td_priority = prio;
1662                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1663                 return;
1664         }
1665         /*
1666          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1667          * information so other cpus are aware of our current priority.
1668          */
1669         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1670                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1671                 oldpri = td->td_priority;
1672                 td->td_priority = prio;
1673                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1674                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1675                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1676                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1677                 return;
1678         }
1679         td->td_priority = prio;
1680 }
1681
1682 /*
1683  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1684  * priority.
1685  */
1686 void
1687 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1688 {
1689
1690         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1691         sched_thread_priority(td, prio);
1692 }
1693
1694 /*
1695  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1696  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1697  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1698  * requests.  If the thread's regular priority is less
1699  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1700  * of prio.
1701  */
1702 void
1703 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1704 {
1705         u_char base_pri;
1706
1707         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1708             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1709                 base_pri = td->td_user_pri;
1710         else
1711                 base_pri = td->td_base_pri;
1712         if (prio >= base_pri) {
1713                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1714                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1715         } else
1716                 sched_lend_prio(td, prio);
1717 }
1718
1719 /*
1720  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1721  */
1722 void
1723 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1724 {
1725         u_char oldprio;
1726
1727         /* First, update the base priority. */
1728         td->td_base_pri = prio;
1729
1730         /*
1731          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1732          * ever lower the priority.
1733          */
1734         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1735                 return;
1736
1737         /* Change the real priority. */
1738         oldprio = td->td_priority;
1739         sched_thread_priority(td, prio);
1740
1741         /*
1742          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1743          * its state.
1744          */
1745         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1746                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1747 }
1748
1749 /*
1750  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1751  */
1752 void
1753 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1754 {
1755
1756         td->td_base_user_pri = prio;
1757         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1758                 return;
1759         td->td_user_pri = prio;
1760 }
1761
1762 void
1763 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1764 {
1765
1766         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1767         td->td_lend_user_pri = prio;
1768         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1769         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1770                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1771         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1772                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1777  * cpu binding.
1778  */
1779 static struct mtx *
1780 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1781 {
1782         struct tdq *tdn;
1783
1784         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1785 #ifdef SMP
1786         tdq_load_rem(tdq, td);
1787         /*
1788          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1789          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1790          * not holding either run-queue lock.
1791          */
1792         spinlock_enter();
1793         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1794
1795         /*
1796          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1797          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1798          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1799          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1800          * question while the target processor is spinning with its own
1801          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1802          */
1803         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1804         tdq_add(tdn, td, flags);
1805         tdq_notify(tdn, td);
1806         TDQ_UNLOCK(tdn);
1807         spinlock_exit();
1808 #endif
1809         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1810 }
1811
1812 /*
1813  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1814  * is blocked.
1815  */
1816 static inline void
1817 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1818 {
1819         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1820             (uintptr_t)mtx);
1821 }
1822
1823 /*
1824  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1825  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1826  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1827  * be assigned elsewhere via binding.
1828  */
1829 void
1830 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1831 {
1832         struct tdq *tdq;
1833         struct td_sched *ts;
1834         struct mtx *mtx;
1835         int srqflag;
1836         int cpuid, preempted;
1837
1838         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1839         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1840
1841         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1842         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1843         ts = td->td_sched;
1844         mtx = td->td_lock;
1845         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1846         ts->ts_rltick = ticks;
1847         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1848         td->td_oncpu = NOCPU;
1849         preempted = !(td->td_flags & TDF_SLICEEND);
1850         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1851         td->td_owepreempt = 0;
1852         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1853                 tdq->tdq_switchcnt++;
1854         /*
1855          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1856          * to CAN_RUN as well.
1857          */
1858         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1859                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1860                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1861         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1862                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1863                 srqflag = preempted ?
1864                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1865                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1866 #ifdef SMP
1867                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1868                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1869 #endif
1870                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1871                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1872                 else {
1873                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1874                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1875                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1876                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1877                 }
1878         } else {
1879                 /* This thread must be going to sleep. */
1880                 TDQ_LOCK(tdq);
1881                 mtx = thread_lock_block(td);
1882                 tdq_load_rem(tdq, td);
1883         }
1884         /*
1885          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1886          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1887          * thread-queue locked.
1888          */
1889         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1890         newtd = choosethread();
1891         /*
1892          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1893          */
1894         if (td != newtd) {
1895 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1896                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1897                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1898 #endif
1899                 SDT_PROBE2(sched, , , off_cpu, newtd, newtd->td_proc);
1900                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1901                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1902                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1903
1904 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1905                 /*
1906                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1907                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1908                  * function to call.
1909                  */
1910                 if (dtrace_vtime_active)
1911                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1912 #endif
1913
1914                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1915                 /*
1916                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1917                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1918                  * run queue lock.
1919                  */
1920                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1921                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1922                 lock_profile_obtain_lock_success(
1923                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1924
1925                 SDT_PROBE0(sched, , , on_cpu);
1926 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1927                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1928                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1929 #endif
1930         } else {
1931                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1932                 SDT_PROBE0(sched, , , remain_cpu);
1933         }
1934         /*
1935          * Assert that all went well and return.
1936          */
1937         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1938         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1939         td->td_oncpu = cpuid;
1940 }
1941
1942 /*
1943  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1944  */
1945 void
1946 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1947 {
1948         struct thread *td;
1949
1950         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1951
1952         p->p_nice = nice;
1953         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1954                 thread_lock(td);
1955                 sched_priority(td);
1956                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1957                 thread_unlock(td);
1958         }
1959 }
1960
1961 /*
1962  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1963  */
1964 void
1965 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1966 {
1967
1968         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1969
1970         td->td_slptick = ticks;
1971         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1972                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1973         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1974                 return;
1975         if (static_boost == 1 && prio)
1976                 sched_prio(td, prio);
1977         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1978                 sched_prio(td, static_boost);
1979 }
1980
1981 /*
1982  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1983  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1984  */
1985 void
1986 sched_wakeup(struct thread *td)
1987 {
1988         struct td_sched *ts;
1989         int slptick;
1990
1991         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1992         ts = td->td_sched;
1993         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1994         /*
1995          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
1996          * priority.
1997          */
1998         slptick = td->td_slptick;
1999         td->td_slptick = 0;
2000         if (slptick && slptick != ticks) {
2001                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
2002                 sched_interact_update(td);
2003                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
2004         }
2005         /* Reset the slice value after we sleep. */
2006         ts->ts_slice = sched_slice;
2007         sched_add(td, SRQ_BORING);
2008 }
2009
2010 /*
2011  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2012  * priority.
2013  */
2014 void
2015 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2016 {
2017         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2018         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2019         sched_fork_thread(td, child);
2020         /*
2021          * Penalize the parent and child for forking.
2022          */
2023         sched_interact_fork(child);
2024         sched_priority(child);
2025         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2026         sched_interact_update(td);
2027         sched_priority(td);
2028 }
2029
2030 /*
2031  * Fork a new thread, may be within the same process.
2032  */
2033 void
2034 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2035 {
2036         struct td_sched *ts;
2037         struct td_sched *ts2;
2038
2039         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2040         /*
2041          * Initialize child.
2042          */
2043         ts = td->td_sched;
2044         ts2 = child->td_sched;
2045         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
2046         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2047         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2048         ts2->ts_flags = 0;
2049         /*
2050          * Grab our parents cpu estimation information.
2051          */
2052         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2053         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2054         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2055         /*
2056          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2057          */
2058         child->td_priority = child->td_base_pri;
2059         /*
2060          * And update interactivity score.
2061          */
2062         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2063         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2064         ts2->ts_slice = 1;      /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2065 #ifdef KTR
2066         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2067 #endif
2068 }
2069
2070 /*
2071  * Adjust the priority class of a thread.
2072  */
2073 void
2074 sched_class(struct thread *td, int class)
2075 {
2076
2077         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2078         if (td->td_pri_class == class)
2079                 return;
2080         td->td_pri_class = class;
2081 }
2082
2083 /*
2084  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2085  */
2086 void
2087 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2088 {
2089         struct thread *td;
2090
2091         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2092             "prio:%d", child->td_priority);
2093         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2094         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2095         sched_exit_thread(td, child);
2096 }
2097
2098 /*
2099  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2100  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2101  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2102  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2103  */
2104 void
2105 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2106 {
2107
2108         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2109             "prio:%d", child->td_priority);
2110         /*
2111          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2112          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2113          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2114          */
2115         thread_lock(td);
2116         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2117         sched_interact_update(td);
2118         sched_priority(td);
2119         thread_unlock(td);
2120 }
2121
2122 void
2123 sched_preempt(struct thread *td)
2124 {
2125         struct tdq *tdq;
2126
2127         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2128
2129         thread_lock(td);
2130         tdq = TDQ_SELF();
2131         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2132         tdq->tdq_ipipending = 0;
2133         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2134                 int flags;
2135
2136                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2137                 if (td->td_critnest > 1)
2138                         td->td_owepreempt = 1;
2139                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2140                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2141                 else
2142                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2143         }
2144         thread_unlock(td);
2145 }
2146
2147 /*
2148  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2149  * to static priorities in msleep() or similar.
2150  */
2151 void
2152 sched_userret(struct thread *td)
2153 {
2154         /*
2155          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2156          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2157          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2158          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2159          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2160          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2161          * it perfectly here.
2162          */
2163         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2164             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2165         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2166                 thread_lock(td);
2167                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2168                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2169                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2170                 thread_unlock(td);
2171         }
2172 }
2173
2174 /*
2175  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2176  * threads.
2177  */
2178 void
2179 sched_clock(struct thread *td)
2180 {
2181         struct tdq *tdq;
2182         struct td_sched *ts;
2183
2184         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2185         tdq = TDQ_SELF();
2186 #ifdef SMP
2187         /*
2188          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2189          */
2190         if (balance_tdq == tdq) {
2191                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2192                         sched_balance();
2193         }
2194 #endif
2195         /*
2196          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2197          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2198          * If there is some activity seed it to reflect that.
2199          */
2200         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2201         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2202         /*
2203          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2204          * threads get a chance to run.
2205          */
2206         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2207                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2208                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2209                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2210         }
2211         ts = td->td_sched;
2212         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2213         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2214                 return;
2215         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2216                 /*
2217                  * We used a tick; charge it to the thread so
2218                  * that we can compute our interactivity.
2219                  */
2220                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2221                 sched_interact_update(td);
2222                 sched_priority(td);
2223         }
2224
2225         /*
2226          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2227          * time slice (default is 100ms).
2228          */
2229         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
2230                 ts->ts_slice = sched_slice;
2231                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2232         }
2233 }
2234
2235 /*
2236  * Called once per hz tick.
2237  */
2238 void
2239 sched_tick(int cnt)
2240 {
2241
2242 }
2243
2244 /*
2245  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2246  * cooperative idle threads.
2247  */
2248 int
2249 sched_runnable(void)
2250 {
2251         struct tdq *tdq;
2252         int load;
2253
2254         load = 1;
2255
2256         tdq = TDQ_SELF();
2257         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2258                 if (tdq->tdq_load > 0)
2259                         goto out;
2260         } else
2261                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2262                         goto out;
2263         load = 0;
2264 out:
2265         return (load);
2266 }
2267
2268 /*
2269  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2270  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2271  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2272  */
2273 struct thread *
2274 sched_choose(void)
2275 {
2276         struct thread *td;
2277         struct tdq *tdq;
2278
2279         tdq = TDQ_SELF();
2280         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2281         td = tdq_choose(tdq);
2282         if (td) {
2283                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2284                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2285                 return (td);
2286         }
2287         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2288         return (PCPU_GET(idlethread));
2289 }
2290
2291 /*
2292  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2293  * we always request it once we exit a critical section.
2294  */
2295 static inline void
2296 sched_setpreempt(struct thread *td)
2297 {
2298         struct thread *ctd;
2299         int cpri;
2300         int pri;
2301
2302         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2303
2304         ctd = curthread;
2305         pri = td->td_priority;
2306         cpri = ctd->td_priority;
2307         if (pri < cpri)
2308                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2309         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2310                 return;
2311         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2312                 return;
2313         ctd->td_owepreempt = 1;
2314 }
2315
2316 /*
2317  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2318  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2319  * predetermined.
2320  */
2321 void
2322 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2323 {
2324
2325         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2326         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2327             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2328         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2329             ("sched_add: bad thread state"));
2330         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2331             ("sched_add: thread swapped out"));
2332
2333         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2334                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2335         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2336         tdq_load_add(tdq, td);
2337 }
2338
2339 /*
2340  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2341  * preemption or IPI a remote processor if required.
2342  */
2343 void
2344 sched_add(struct thread *td, int flags)
2345 {
2346         struct tdq *tdq;
2347 #ifdef SMP
2348         int cpu;
2349 #endif
2350
2351         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2352             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2353             sched_tdname(curthread));
2354         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2355             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2356         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2357             flags & SRQ_PREEMPTED);
2358         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2359         /*
2360          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2361          * run-queue.
2362          */
2363         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2364                 sched_priority(td);
2365 #ifdef SMP
2366         /*
2367          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2368          * target cpu.
2369          */
2370         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2371         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2372         tdq_add(tdq, td, flags);
2373         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2374                 tdq_notify(tdq, td);
2375                 return;
2376         }
2377 #else
2378         tdq = TDQ_SELF();
2379         TDQ_LOCK(tdq);
2380         /*
2381          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2382          * to the scheduler's lock.
2383          */
2384         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2385         tdq_add(tdq, td, flags);
2386 #endif
2387         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2388                 sched_setpreempt(td);
2389 }
2390
2391 /*
2392  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2393  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2394  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2395  */
2396 void
2397 sched_rem(struct thread *td)
2398 {
2399         struct tdq *tdq;
2400
2401         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2402             "prio:%d", td->td_priority);
2403         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2404         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2405         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2406         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2407         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2408             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2409         tdq_runq_rem(tdq, td);
2410         tdq_load_rem(tdq, td);
2411         TD_SET_CAN_RUN(td);
2412         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2413                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2418  */
2419 fixpt_t
2420 sched_pctcpu(struct thread *td)
2421 {
2422         fixpt_t pctcpu;
2423         struct td_sched *ts;
2424
2425         pctcpu = 0;
2426         ts = td->td_sched;
2427         if (ts == NULL)
2428                 return (0);
2429
2430         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2431         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2432         if (ts->ts_ticks) {
2433                 int rtick;
2434
2435                 /* How many rtick per second ? */
2436                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2437                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2438         }
2439
2440         return (pctcpu);
2441 }
2442
2443 /*
2444  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2445  * cpumask.
2446  */
2447 void
2448 sched_affinity(struct thread *td)
2449 {
2450 #ifdef SMP
2451         struct td_sched *ts;
2452
2453         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2454         ts = td->td_sched;
2455         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2456                 return;
2457         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2458                 sched_rem(td);
2459                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2460                 return;
2461         }
2462         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2463                 return;
2464         /*
2465          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2466          * target thread is not running locally send an ipi to force
2467          * the issue.
2468          */
2469         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2470         if (td != curthread)
2471                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2472 #endif
2473 }
2474
2475 /*
2476  * Bind a thread to a target cpu.
2477  */
2478 void
2479 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2480 {
2481         struct td_sched *ts;
2482
2483         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2484         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2485         ts = td->td_sched;
2486         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2487                 sched_unbind(td);
2488         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2489         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2490         sched_pin();
2491         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2492                 return;
2493         ts->ts_cpu = cpu;
2494         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2495         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2496 }
2497
2498 /*
2499  * Release a bound thread.
2500  */
2501 void
2502 sched_unbind(struct thread *td)
2503 {
2504         struct td_sched *ts;
2505
2506         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2507         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2508         ts = td->td_sched;
2509         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2510                 return;
2511         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2512         sched_unpin();
2513 }
2514
2515 int
2516 sched_is_bound(struct thread *td)
2517 {
2518         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2519         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2520 }
2521
2522 /*
2523  * Basic yield call.
2524  */
2525 void
2526 sched_relinquish(struct thread *td)
2527 {
2528         thread_lock(td);
2529         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2530         thread_unlock(td);
2531 }
2532
2533 /*
2534  * Return the total system load.
2535  */
2536 int
2537 sched_load(void)
2538 {
2539 #ifdef SMP
2540         int total;
2541         int i;
2542
2543         total = 0;
2544         CPU_FOREACH(i)
2545                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2546         return (total);
2547 #else
2548         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2549 #endif
2550 }
2551
2552 int
2553 sched_sizeof_proc(void)
2554 {
2555         return (sizeof(struct proc));
2556 }
2557
2558 int
2559 sched_sizeof_thread(void)
2560 {
2561         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2562 }
2563
2564 #ifdef SMP
2565 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2566     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2567 #else
2568 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2569 #endif
2570
2571 /*
2572  * The actual idle process.
2573  */
2574 void
2575 sched_idletd(void *dummy)
2576 {
2577         struct thread *td;
2578         struct tdq *tdq;
2579         int oldswitchcnt, switchcnt;
2580         int i;
2581
2582         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2583         td = curthread;
2584         tdq = TDQ_SELF();
2585         oldswitchcnt = -1;
2586         for (;;) {
2587                 if (tdq->tdq_load) {
2588                         thread_lock(td);
2589                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2590                         thread_unlock(td);
2591                 }
2592                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2593 #ifdef SMP
2594                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2595                         oldswitchcnt = switchcnt;
2596                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2597                                 continue;
2598                 }
2599                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2600 #else
2601                 oldswitchcnt = switchcnt;
2602 #endif
2603                 /*
2604                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2605                  * for load rather than entering a low power state that 
2606                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2607                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2608                  * cycles from cores doing useful work.
2609                  */
2610                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2611                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2612                                 if (tdq->tdq_load)
2613                                         break;
2614                                 cpu_spinwait();
2615                         }
2616                 }
2617
2618                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2619                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2620                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2621                         continue;
2622
2623                 /* Run main MD idle handler. */
2624                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2625                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2626                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2627
2628                 /*
2629                  * Account thread-less hardware interrupts and
2630                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2631                  */
2632                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2633                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2634                         continue;
2635                 tdq->tdq_switchcnt++;
2636                 oldswitchcnt++;
2637         }
2638 }
2639
2640 /*
2641  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2642  */
2643 void
2644 sched_throw(struct thread *td)
2645 {
2646         struct thread *newtd;
2647         struct tdq *tdq;
2648
2649         tdq = TDQ_SELF();
2650         if (td == NULL) {
2651                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2652                 TDQ_LOCK(tdq);
2653                 spinlock_exit();
2654                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2655                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2656         } else {
2657                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2658                 tdq_load_rem(tdq, td);
2659                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2660         }
2661         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2662         newtd = choosethread();
2663         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2664         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2665 }
2666
2667 /*
2668  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2669  * let fork do the rest of the work.
2670  */
2671 void
2672 sched_fork_exit(struct thread *td)
2673 {
2674         struct td_sched *ts;
2675         struct tdq *tdq;
2676         int cpuid;
2677
2678         /*
2679          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2680          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2681          */
2682         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2683         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2684         ts = td->td_sched;
2685         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2686                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2687         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2688         td->td_oncpu = cpuid;
2689         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2690         lock_profile_obtain_lock_success(
2691             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2692 }
2693
2694 /*
2695  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2696  */
2697 char *
2698 sched_tdname(struct thread *td)
2699 {
2700 #ifdef KTR
2701         struct td_sched *ts;
2702
2703         ts = td->td_sched;
2704         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2705                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2706                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2707         return (ts->ts_name);
2708 #else
2709         return (td->td_name);
2710 #endif
2711 }
2712
2713 #ifdef KTR
2714 void
2715 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2716 {
2717         struct td_sched *ts;
2718
2719         ts = td->td_sched;
2720         ts->ts_name[0] = '\0';
2721 }
2722 #endif
2723
2724 #ifdef SMP
2725
2726 /*
2727  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2728  * the topology tree.
2729  */
2730 static int
2731 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2732     int indent)
2733 {
2734         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2735         int i, first;
2736
2737         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2738             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2739         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2740             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2741         first = TRUE;
2742         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2743                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2744                         if (!first)
2745                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2746                         else
2747                                 first = FALSE;
2748                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2749                 }
2750         }
2751         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2752
2753         if (cg->cg_flags != 0) {
2754                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2755                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2756                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2757                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2758                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2759                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2760                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2761                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2762         }
2763
2764         if (cg->cg_children > 0) {
2765                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2766                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2767                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2768                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2769                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2770         }
2771         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2772         return (0);
2773 }
2774
2775 /*
2776  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2777  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2778  */
2779 static int
2780 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2781 {
2782         struct sbuf *topo;
2783         int err;
2784
2785         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2786
2787         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2788         if (topo == NULL)
2789                 return (ENOMEM);
2790
2791         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2792         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2793         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2794
2795         if (err == 0) {
2796                 sbuf_finish(topo);
2797                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2798         }
2799         sbuf_delete(topo);
2800         return (err);
2801 }
2802
2803 #endif
2804
2805 static int
2806 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2807 {
2808         int error, new_val, period;
2809
2810         period = 1000000 / realstathz;
2811         new_val = period * sched_slice;
2812         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2813         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2814                 return (error);
2815         if (new_val <= 0)
2816                 return (EINVAL);
2817         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2818         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2819             realstathz);
2820         return (0);
2821 }
2822
2823 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2824 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2825     "Scheduler name");
2826 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2827     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2828     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2829 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2830     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2831 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2832     "Interactivity score threshold");
2833 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2834     &preempt_thresh, 0,
2835     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2836 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2837     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2838 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2839     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2840 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2841     &sched_idlespinthresh, 0,
2842     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2843 #ifdef SMP
2844 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2845     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2846 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2847     "Enables the long-term load balancer");
2848 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2849     &balance_interval, 0,
2850     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2851 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2852     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2853 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2854     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2855 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2856     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2857     "XML dump of detected CPU topology");
2858 #endif
2859
2860 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2861 static int ccpu = 0;
2862 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");