]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/kern/sched_ule.c
MFC r312426: fix a thread preemption regression in schedulers introduced
[FreeBSD/stable/9.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, "struct thread *", 
337     "struct proc *", "uint8_t");
338 SDT_PROBE_DEFINE3(sched, , , dequeue, "struct thread *", 
339     "struct proc *", "void *");
340 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , enqueue, "struct thread *", 
341     "struct proc *", "void *", "int");
342 SDT_PROBE_DEFINE4(sched, , , lend__pri, "struct thread *", 
343     "struct proc *", "uint8_t", "struct thread *");
344 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , load__change, "int", "int");
345 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , off__cpu, "struct thread *", 
346     "struct proc *");
347 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , on__cpu);
348 SDT_PROBE_DEFINE(sched, , , remain__cpu);
349 SDT_PROBE_DEFINE2(sched, , , 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; ; ) {
636                 if (i == 0) {
637 #ifdef HAVE_INLINE_FFSL
638                         cpu = CPU_FFS(&cpumask) - 1;
639 #else
640                         while (cpu >= 0 && !CPU_ISSET(cpu, &cpumask))
641                                 cpu--;
642 #endif
643                         if (cpu < 0)
644                                 break;
645                         child = NULL;
646                 } else
647                         child = &cg->cg_child[i - 1];
648
649                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST)
650                         lgroup.cs_cpu = -1;
651                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
652                         hgroup.cs_cpu = -1;
653                 if (child) {                    /* Handle child CPU group. */
654                         CPU_NAND(&cpumask, &child->cg_mask);
655                         switch (match) {
656                         case CPU_SEARCH_LOWEST:
657                                 load = cpu_search_lowest(child, &lgroup);
658                                 break;
659                         case CPU_SEARCH_HIGHEST:
660                                 load = cpu_search_highest(child, &hgroup);
661                                 break;
662                         case CPU_SEARCH_BOTH:
663                                 load = cpu_search_both(child, &lgroup, &hgroup);
664                                 break;
665                         }
666                 } else {                        /* Handle child CPU. */
667                         CPU_CLR(cpu, &cpumask);
668                         tdq = TDQ_CPU(cpu);
669                         load = tdq->tdq_load * 256;
670                         rndptr = DPCPU_PTR(randomval);
671                         rnd = (*rndptr = *rndptr * 69069 + 5) >> 26;
672                         if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
673                                 if (cpu == low->cs_prefer)
674                                         load -= 64;
675                                 /* If that CPU is allowed and get data. */
676                                 if (tdq->tdq_lowpri > lgroup.cs_pri &&
677                                     tdq->tdq_load <= lgroup.cs_limit &&
678                                     CPU_ISSET(cpu, &lgroup.cs_mask)) {
679                                         lgroup.cs_cpu = cpu;
680                                         lgroup.cs_load = load - rnd;
681                                 }
682                         }
683                         if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
684                                 if (tdq->tdq_load >= hgroup.cs_limit &&
685                                     tdq->tdq_transferable &&
686                                     CPU_ISSET(cpu, &hgroup.cs_mask)) {
687                                         hgroup.cs_cpu = cpu;
688                                         hgroup.cs_load = load - rnd;
689                                 }
690                 }
691                 total += load;
692
693                 /* We have info about child item. Compare it. */
694                 if (match & CPU_SEARCH_LOWEST) {
695                         if (lgroup.cs_cpu >= 0 &&
696                             (load < lload ||
697                              (load == lload && lgroup.cs_load < low->cs_load))) {
698                                 lload = load;
699                                 low->cs_cpu = lgroup.cs_cpu;
700                                 low->cs_load = lgroup.cs_load;
701                         }
702                 }
703                 if (match & CPU_SEARCH_HIGHEST)
704                         if (hgroup.cs_cpu >= 0 &&
705                             (load > hload ||
706                              (load == hload && hgroup.cs_load > high->cs_load))) {
707                                 hload = load;
708                                 high->cs_cpu = hgroup.cs_cpu;
709                                 high->cs_load = hgroup.cs_load;
710                         }
711                 if (child) {
712                         i--;
713                         if (i == 0 && CPU_EMPTY(&cpumask))
714                                 break;
715                 }
716 #ifndef HAVE_INLINE_FFSL
717                 else
718                         cpu--;
719 #endif
720         }
721         return (total);
722 }
723
724 /*
725  * cpu_search instantiations must pass constants to maintain the inline
726  * optimization.
727  */
728 int
729 cpu_search_lowest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low)
730 {
731         return cpu_search(cg, low, NULL, CPU_SEARCH_LOWEST);
732 }
733
734 int
735 cpu_search_highest(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *high)
736 {
737         return cpu_search(cg, NULL, high, CPU_SEARCH_HIGHEST);
738 }
739
740 int
741 cpu_search_both(const struct cpu_group *cg, struct cpu_search *low,
742     struct cpu_search *high)
743 {
744         return cpu_search(cg, low, high, CPU_SEARCH_BOTH);
745 }
746
747 /*
748  * Find the cpu with the least load via the least loaded path that has a
749  * lowpri greater than pri  pri.  A pri of -1 indicates any priority is
750  * acceptable.
751  */
752 static inline int
753 sched_lowest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int pri, int maxload,
754     int prefer)
755 {
756         struct cpu_search low;
757
758         low.cs_cpu = -1;
759         low.cs_prefer = prefer;
760         low.cs_mask = mask;
761         low.cs_pri = pri;
762         low.cs_limit = maxload;
763         cpu_search_lowest(cg, &low);
764         return low.cs_cpu;
765 }
766
767 /*
768  * Find the cpu with the highest load via the highest loaded path.
769  */
770 static inline int
771 sched_highest(const struct cpu_group *cg, cpuset_t mask, int minload)
772 {
773         struct cpu_search high;
774
775         high.cs_cpu = -1;
776         high.cs_mask = mask;
777         high.cs_limit = minload;
778         cpu_search_highest(cg, &high);
779         return high.cs_cpu;
780 }
781
782 static void
783 sched_balance_group(struct cpu_group *cg)
784 {
785         cpuset_t hmask, lmask;
786         int high, low, anylow;
787
788         CPU_FILL(&hmask);
789         for (;;) {
790                 high = sched_highest(cg, hmask, 1);
791                 /* Stop if there is no more CPU with transferrable threads. */
792                 if (high == -1)
793                         break;
794                 CPU_CLR(high, &hmask);
795                 CPU_COPY(&hmask, &lmask);
796                 /* Stop if there is no more CPU left for low. */
797                 if (CPU_EMPTY(&lmask))
798                         break;
799                 anylow = 1;
800 nextlow:
801                 low = sched_lowest(cg, lmask, -1,
802                     TDQ_CPU(high)->tdq_load - 1, high);
803                 /* Stop if we looked well and found no less loaded CPU. */
804                 if (anylow && low == -1)
805                         break;
806                 /* Go to next high if we found no less loaded CPU. */
807                 if (low == -1)
808                         continue;
809                 /* Transfer thread from high to low. */
810                 if (sched_balance_pair(TDQ_CPU(high), TDQ_CPU(low))) {
811                         /* CPU that got thread can no longer be a donor. */
812                         CPU_CLR(low, &hmask);
813                 } else {
814                         /*
815                          * If failed, then there is no threads on high
816                          * that can run on this low. Drop low from low
817                          * mask and look for different one.
818                          */
819                         CPU_CLR(low, &lmask);
820                         anylow = 0;
821                         goto nextlow;
822                 }
823         }
824 }
825
826 static void
827 sched_balance(void)
828 {
829         struct tdq *tdq;
830
831         /*
832          * Select a random time between .5 * balance_interval and
833          * 1.5 * balance_interval.
834          */
835         balance_ticks = max(balance_interval / 2, 1);
836         balance_ticks += random() % balance_interval;
837         if (smp_started == 0 || rebalance == 0)
838                 return;
839         tdq = TDQ_SELF();
840         TDQ_UNLOCK(tdq);
841         sched_balance_group(cpu_top);
842         TDQ_LOCK(tdq);
843 }
844
845 /*
846  * Lock two thread queues using their address to maintain lock order.
847  */
848 static void
849 tdq_lock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
850 {
851         if (one < two) {
852                 TDQ_LOCK(one);
853                 TDQ_LOCK_FLAGS(two, MTX_DUPOK);
854         } else {
855                 TDQ_LOCK(two);
856                 TDQ_LOCK_FLAGS(one, MTX_DUPOK);
857         }
858 }
859
860 /*
861  * Unlock two thread queues.  Order is not important here.
862  */
863 static void
864 tdq_unlock_pair(struct tdq *one, struct tdq *two)
865 {
866         TDQ_UNLOCK(one);
867         TDQ_UNLOCK(two);
868 }
869
870 /*
871  * Transfer load between two imbalanced thread queues.
872  */
873 static int
874 sched_balance_pair(struct tdq *high, struct tdq *low)
875 {
876         int moved;
877         int cpu;
878
879         tdq_lock_pair(high, low);
880         moved = 0;
881         /*
882          * Determine what the imbalance is and then adjust that to how many
883          * threads we actually have to give up (transferable).
884          */
885         if (high->tdq_transferable != 0 && high->tdq_load > low->tdq_load &&
886             (moved = tdq_move(high, low)) > 0) {
887                 /*
888                  * In case the target isn't the current cpu IPI it to force a
889                  * reschedule with the new workload.
890                  */
891                 cpu = TDQ_ID(low);
892                 sched_pin();
893                 if (cpu != PCPU_GET(cpuid))
894                         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
895                 sched_unpin();
896         }
897         tdq_unlock_pair(high, low);
898         return (moved);
899 }
900
901 /*
902  * Move a thread from one thread queue to another.
903  */
904 static int
905 tdq_move(struct tdq *from, struct tdq *to)
906 {
907         struct td_sched *ts;
908         struct thread *td;
909         struct tdq *tdq;
910         int cpu;
911
912         TDQ_LOCK_ASSERT(from, MA_OWNED);
913         TDQ_LOCK_ASSERT(to, MA_OWNED);
914
915         tdq = from;
916         cpu = TDQ_ID(to);
917         td = tdq_steal(tdq, cpu);
918         if (td == NULL)
919                 return (0);
920         ts = td->td_sched;
921         /*
922          * Although the run queue is locked the thread may be blocked.  Lock
923          * it to clear this and acquire the run-queue lock.
924          */
925         thread_lock(td);
926         /* Drop recursive lock on from acquired via thread_lock(). */
927         TDQ_UNLOCK(from);
928         sched_rem(td);
929         ts->ts_cpu = cpu;
930         td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(to);
931         tdq_add(to, td, SRQ_YIELDING);
932         return (1);
933 }
934
935 /*
936  * This tdq has idled.  Try to steal a thread from another cpu and switch
937  * to it.
938  */
939 static int
940 tdq_idled(struct tdq *tdq)
941 {
942         struct cpu_group *cg;
943         struct tdq *steal;
944         cpuset_t mask;
945         int thresh;
946         int cpu;
947
948         if (smp_started == 0 || steal_idle == 0)
949                 return (1);
950         CPU_FILL(&mask);
951         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
952         /* We don't want to be preempted while we're iterating. */
953         spinlock_enter();
954         for (cg = tdq->tdq_cg; cg != NULL; ) {
955                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
956                         thresh = steal_thresh;
957                 else
958                         thresh = 1;
959                 cpu = sched_highest(cg, mask, thresh);
960                 if (cpu == -1) {
961                         cg = cg->cg_parent;
962                         continue;
963                 }
964                 steal = TDQ_CPU(cpu);
965                 CPU_CLR(cpu, &mask);
966                 tdq_lock_pair(tdq, steal);
967                 if (steal->tdq_load < thresh || steal->tdq_transferable == 0) {
968                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
969                         continue;
970                 }
971                 /*
972                  * If a thread was added while interrupts were disabled don't
973                  * steal one here.  If we fail to acquire one due to affinity
974                  * restrictions loop again with this cpu removed from the
975                  * set.
976                  */
977                 if (tdq->tdq_load == 0 && tdq_move(steal, tdq) == 0) {
978                         tdq_unlock_pair(tdq, steal);
979                         continue;
980                 }
981                 spinlock_exit();
982                 TDQ_UNLOCK(steal);
983                 mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
984                 thread_unlock(curthread);
985
986                 return (0);
987         }
988         spinlock_exit();
989         return (1);
990 }
991
992 /*
993  * Notify a remote cpu of new work.  Sends an IPI if criteria are met.
994  */
995 static void
996 tdq_notify(struct tdq *tdq, struct thread *td)
997 {
998         struct thread *ctd;
999         int pri;
1000         int cpu;
1001
1002         if (tdq->tdq_ipipending)
1003                 return;
1004         cpu = td->td_sched->ts_cpu;
1005         pri = td->td_priority;
1006         ctd = pcpu_find(cpu)->pc_curthread;
1007         if (!sched_shouldpreempt(pri, ctd->td_priority, 1))
1008                 return;
1009
1010         /*
1011          * Make sure that tdq_load updated before calling this function
1012          * is globally visible before we read tdq_cpu_idle.  Idle thread
1013          * accesses both of them without locks, and the order is important.
1014          */
1015         mb();
1016
1017         if (TD_IS_IDLETHREAD(ctd)) {
1018                 /*
1019                  * If the MD code has an idle wakeup routine try that before
1020                  * falling back to IPI.
1021                  */
1022                 if (!tdq->tdq_cpu_idle || cpu_idle_wakeup(cpu))
1023                         return;
1024         }
1025         tdq->tdq_ipipending = 1;
1026         ipi_cpu(cpu, IPI_PREEMPT);
1027 }
1028
1029 /*
1030  * Steals load from a timeshare queue.  Honors the rotating queue head
1031  * index.
1032  */
1033 static struct thread *
1034 runq_steal_from(struct runq *rq, int cpu, u_char start)
1035 {
1036         struct rqbits *rqb;
1037         struct rqhead *rqh;
1038         struct thread *td, *first;
1039         int bit;
1040         int pri;
1041         int i;
1042
1043         rqb = &rq->rq_status;
1044         bit = start & (RQB_BPW -1);
1045         pri = 0;
1046         first = NULL;
1047 again:
1048         for (i = RQB_WORD(start); i < RQB_LEN; bit = 0, i++) {
1049                 if (rqb->rqb_bits[i] == 0)
1050                         continue;
1051                 if (bit != 0) {
1052                         for (pri = bit; pri < RQB_BPW; pri++)
1053                                 if (rqb->rqb_bits[i] & (1ul << pri))
1054                                         break;
1055                         if (pri >= RQB_BPW)
1056                                 continue;
1057                 } else
1058                         pri = RQB_FFS(rqb->rqb_bits[i]);
1059                 pri += (i << RQB_L2BPW);
1060                 rqh = &rq->rq_queues[pri];
1061                 TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq) {
1062                         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1063                             THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1064                                 return (td);
1065                         first = td;
1066                 }
1067         }
1068         if (start != 0) {
1069                 start = 0;
1070                 goto again;
1071         }
1072
1073         if (first && THREAD_CAN_MIGRATE(first) &&
1074             THREAD_CAN_SCHED(first, cpu))
1075                 return (first);
1076         return (NULL);
1077 }
1078
1079 /*
1080  * Steals load from a standard linear queue.
1081  */
1082 static struct thread *
1083 runq_steal(struct runq *rq, int cpu)
1084 {
1085         struct rqhead *rqh;
1086         struct rqbits *rqb;
1087         struct thread *td;
1088         int word;
1089         int bit;
1090
1091         rqb = &rq->rq_status;
1092         for (word = 0; word < RQB_LEN; word++) {
1093                 if (rqb->rqb_bits[word] == 0)
1094                         continue;
1095                 for (bit = 0; bit < RQB_BPW; bit++) {
1096                         if ((rqb->rqb_bits[word] & (1ul << bit)) == 0)
1097                                 continue;
1098                         rqh = &rq->rq_queues[bit + (word << RQB_L2BPW)];
1099                         TAILQ_FOREACH(td, rqh, td_runq)
1100                                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) &&
1101                                     THREAD_CAN_SCHED(td, cpu))
1102                                         return (td);
1103                 }
1104         }
1105         return (NULL);
1106 }
1107
1108 /*
1109  * Attempt to steal a thread in priority order from a thread queue.
1110  */
1111 static struct thread *
1112 tdq_steal(struct tdq *tdq, int cpu)
1113 {
1114         struct thread *td;
1115
1116         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1117         if ((td = runq_steal(&tdq->tdq_realtime, cpu)) != NULL)
1118                 return (td);
1119         if ((td = runq_steal_from(&tdq->tdq_timeshare,
1120             cpu, tdq->tdq_ridx)) != NULL)
1121                 return (td);
1122         return (runq_steal(&tdq->tdq_idle, cpu));
1123 }
1124
1125 /*
1126  * Sets the thread lock and ts_cpu to match the requested cpu.  Unlocks the
1127  * current lock and returns with the assigned queue locked.
1128  */
1129 static inline struct tdq *
1130 sched_setcpu(struct thread *td, int cpu, int flags)
1131 {
1132
1133         struct tdq *tdq;
1134
1135         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1136         tdq = TDQ_CPU(cpu);
1137         td->td_sched->ts_cpu = cpu;
1138         /*
1139          * If the lock matches just return the queue.
1140          */
1141         if (td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq))
1142                 return (tdq);
1143 #ifdef notyet
1144         /*
1145          * If the thread isn't running its lockptr is a
1146          * turnstile or a sleepqueue.  We can just lock_set without
1147          * blocking.
1148          */
1149         if (TD_CAN_RUN(td)) {
1150                 TDQ_LOCK(tdq);
1151                 thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1152                 return (tdq);
1153         }
1154 #endif
1155         /*
1156          * The hard case, migration, we need to block the thread first to
1157          * prevent order reversals with other cpus locks.
1158          */
1159         spinlock_enter();
1160         thread_lock_block(td);
1161         TDQ_LOCK(tdq);
1162         thread_lock_unblock(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
1163         spinlock_exit();
1164         return (tdq);
1165 }
1166
1167 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_intrbind, "Soft interrupt binding");
1168 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_idle_affinity, "Picked idle cpu based on affinity");
1169 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_affinity, "Picked cpu based on affinity");
1170 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_lowest, "Selected lowest load");
1171 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_local, "Migrated to current cpu");
1172 SCHED_STAT_DEFINE(pickcpu_migration, "Selection may have caused migration");
1173
1174 static int
1175 sched_pickcpu(struct thread *td, int flags)
1176 {
1177         struct cpu_group *cg, *ccg;
1178         struct td_sched *ts;
1179         struct tdq *tdq;
1180         cpuset_t mask;
1181         int cpu, pri, self;
1182
1183         self = PCPU_GET(cpuid);
1184         ts = td->td_sched;
1185         if (smp_started == 0)
1186                 return (self);
1187         /*
1188          * Don't migrate a running thread from sched_switch().
1189          */
1190         if ((flags & SRQ_OURSELF) || !THREAD_CAN_MIGRATE(td))
1191                 return (ts->ts_cpu);
1192         /*
1193          * Prefer to run interrupt threads on the processors that generate
1194          * the interrupt.
1195          */
1196         pri = td->td_priority;
1197         if (td->td_priority <= PRI_MAX_ITHD && THREAD_CAN_SCHED(td, self) &&
1198             curthread->td_intr_nesting_level && ts->ts_cpu != self) {
1199                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_intrbind);
1200                 ts->ts_cpu = self;
1201                 if (TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri) {
1202                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_affinity);
1203                         return (ts->ts_cpu);
1204                 }
1205         }
1206         /*
1207          * If the thread can run on the last cpu and the affinity has not
1208          * expired or it is idle run it there.
1209          */
1210         tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1211         cg = tdq->tdq_cg;
1212         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu) &&
1213             tdq->tdq_lowpri >= PRI_MIN_IDLE &&
1214             SCHED_AFFINITY(ts, CG_SHARE_L2)) {
1215                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) {
1216                         CPUSET_FOREACH(cpu, cg->cg_mask) {
1217                                 if (TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE)
1218                                         break;
1219                         }
1220                 } else
1221                         cpu = INT_MAX;
1222                 if (cpu > mp_maxid) {
1223                         SCHED_STAT_INC(pickcpu_idle_affinity);
1224                         return (ts->ts_cpu);
1225                 }
1226         }
1227         /*
1228          * Search for the last level cache CPU group in the tree.
1229          * Skip caches with expired affinity time and SMT groups.
1230          * Affinity to higher level caches will be handled less aggressively.
1231          */
1232         for (ccg = NULL; cg != NULL; cg = cg->cg_parent) {
1233                 if (cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD)
1234                         continue;
1235                 if (!SCHED_AFFINITY(ts, cg->cg_level))
1236                         continue;
1237                 ccg = cg;
1238         }
1239         if (ccg != NULL)
1240                 cg = ccg;
1241         cpu = -1;
1242         /* Search the group for the less loaded idle CPU we can run now. */
1243         mask = td->td_cpuset->cs_mask;
1244         if (cg != NULL && cg != cpu_top &&
1245             CPU_CMP(&cg->cg_mask, &cpu_top->cg_mask) != 0)
1246                 cpu = sched_lowest(cg, mask, max(pri, PRI_MAX_TIMESHARE),
1247                     INT_MAX, ts->ts_cpu);
1248         /* Search globally for the less loaded CPU we can run now. */
1249         if (cpu == -1)
1250                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, pri, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1251         /* Search globally for the less loaded CPU. */
1252         if (cpu == -1)
1253                 cpu = sched_lowest(cpu_top, mask, -1, INT_MAX, ts->ts_cpu);
1254         KASSERT(cpu != -1, ("sched_pickcpu: Failed to find a cpu."));
1255         /*
1256          * Compare the lowest loaded cpu to current cpu.
1257          */
1258         if (THREAD_CAN_SCHED(td, self) && TDQ_CPU(self)->tdq_lowpri > pri &&
1259             TDQ_CPU(cpu)->tdq_lowpri < PRI_MIN_IDLE &&
1260             TDQ_CPU(self)->tdq_load <= TDQ_CPU(cpu)->tdq_load + 1) {
1261                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_local);
1262                 cpu = self;
1263         } else
1264                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_lowest);
1265         if (cpu != ts->ts_cpu)
1266                 SCHED_STAT_INC(pickcpu_migration);
1267         return (cpu);
1268 }
1269 #endif
1270
1271 /*
1272  * Pick the highest priority task we have and return it.
1273  */
1274 static struct thread *
1275 tdq_choose(struct tdq *tdq)
1276 {
1277         struct thread *td;
1278
1279         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
1280         td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
1281         if (td != NULL)
1282                 return (td);
1283         td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
1284         if (td != NULL) {
1285                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
1286                     ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
1287                     td->td_priority));
1288                 return (td);
1289         }
1290         td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
1291         if (td != NULL) {
1292                 KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
1293                     ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
1294                     td->td_priority));
1295                 return (td);
1296         }
1297
1298         return (NULL);
1299 }
1300
1301 /*
1302  * Initialize a thread queue.
1303  */
1304 static void
1305 tdq_setup(struct tdq *tdq)
1306 {
1307
1308         if (bootverbose)
1309                 printf("ULE: setup cpu %d\n", TDQ_ID(tdq));
1310         runq_init(&tdq->tdq_realtime);
1311         runq_init(&tdq->tdq_timeshare);
1312         runq_init(&tdq->tdq_idle);
1313         snprintf(tdq->tdq_name, sizeof(tdq->tdq_name),
1314             "sched lock %d", (int)TDQ_ID(tdq));
1315         mtx_init(&tdq->tdq_lock, tdq->tdq_name, "sched lock",
1316             MTX_SPIN | MTX_RECURSE);
1317 #ifdef KTR
1318         snprintf(tdq->tdq_loadname, sizeof(tdq->tdq_loadname),
1319             "CPU %d load", (int)TDQ_ID(tdq));
1320 #endif
1321 }
1322
1323 #ifdef SMP
1324 static void
1325 sched_setup_smp(void)
1326 {
1327         struct tdq *tdq;
1328         int i;
1329
1330         cpu_top = smp_topo();
1331         CPU_FOREACH(i) {
1332                 tdq = TDQ_CPU(i);
1333                 tdq_setup(tdq);
1334                 tdq->tdq_cg = smp_topo_find(cpu_top, i);
1335                 if (tdq->tdq_cg == NULL)
1336                         panic("Can't find cpu group for %d\n", i);
1337         }
1338         balance_tdq = TDQ_SELF();
1339         sched_balance();
1340 }
1341 #endif
1342
1343 /*
1344  * Setup the thread queues and initialize the topology based on MD
1345  * information.
1346  */
1347 static void
1348 sched_setup(void *dummy)
1349 {
1350         struct tdq *tdq;
1351
1352         tdq = TDQ_SELF();
1353 #ifdef SMP
1354         sched_setup_smp();
1355 #else
1356         tdq_setup(tdq);
1357 #endif
1358
1359         /* Add thread0's load since it's running. */
1360         TDQ_LOCK(tdq);
1361         thread0.td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
1362         tdq_load_add(tdq, &thread0);
1363         tdq->tdq_lowpri = thread0.td_priority;
1364         TDQ_UNLOCK(tdq);
1365 }
1366
1367 /*
1368  * This routine determines time constants after stathz and hz are setup.
1369  */
1370 /* ARGSUSED */
1371 static void
1372 sched_initticks(void *dummy)
1373 {
1374         int incr;
1375
1376         realstathz = stathz ? stathz : hz;
1377         sched_slice = realstathz / 10;  /* ~100ms */
1378         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
1379             realstathz);
1380
1381         /*
1382          * tickincr is shifted out by 10 to avoid rounding errors due to
1383          * hz not being evenly divisible by stathz on all platforms.
1384          */
1385         incr = (hz << SCHED_TICK_SHIFT) / realstathz;
1386         /*
1387          * This does not work for values of stathz that are more than
1388          * 1 << SCHED_TICK_SHIFT * hz.  In practice this does not happen.
1389          */
1390         if (incr == 0)
1391                 incr = 1;
1392         tickincr = incr;
1393 #ifdef SMP
1394         /*
1395          * Set the default balance interval now that we know
1396          * what realstathz is.
1397          */
1398         balance_interval = realstathz;
1399         affinity = SCHED_AFFINITY_DEFAULT;
1400 #endif
1401         if (sched_idlespinthresh < 0)
1402                 sched_idlespinthresh = 2 * max(10000, 6 * hz) / realstathz;
1403 }
1404
1405
1406 /*
1407  * This is the core of the interactivity algorithm.  Determines a score based
1408  * on past behavior.  It is the ratio of sleep time to run time scaled to
1409  * a [0, 100] integer.  This is the voluntary sleep time of a process, which
1410  * differs from the cpu usage because it does not account for time spent
1411  * waiting on a run-queue.  Would be prettier if we had floating point.
1412  */
1413 static int
1414 sched_interact_score(struct thread *td)
1415 {
1416         struct td_sched *ts;
1417         int div;
1418
1419         ts = td->td_sched;
1420         /*
1421          * The score is only needed if this is likely to be an interactive
1422          * task.  Don't go through the expense of computing it if there's
1423          * no chance.
1424          */
1425         if (sched_interact <= SCHED_INTERACT_HALF &&
1426                 ts->ts_runtime >= ts->ts_slptime)
1427                         return (SCHED_INTERACT_HALF);
1428
1429         if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1430                 div = max(1, ts->ts_runtime / SCHED_INTERACT_HALF);
1431                 return (SCHED_INTERACT_HALF +
1432                     (SCHED_INTERACT_HALF - (ts->ts_slptime / div)));
1433         }
1434         if (ts->ts_slptime > ts->ts_runtime) {
1435                 div = max(1, ts->ts_slptime / SCHED_INTERACT_HALF);
1436                 return (ts->ts_runtime / div);
1437         }
1438         /* runtime == slptime */
1439         if (ts->ts_runtime)
1440                 return (SCHED_INTERACT_HALF);
1441
1442         /*
1443          * This can happen if slptime and runtime are 0.
1444          */
1445         return (0);
1446
1447 }
1448
1449 /*
1450  * Scale the scheduling priority according to the "interactivity" of this
1451  * process.
1452  */
1453 static void
1454 sched_priority(struct thread *td)
1455 {
1456         int score;
1457         int pri;
1458
1459         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1460                 return;
1461         /*
1462          * If the score is interactive we place the thread in the realtime
1463          * queue with a priority that is less than kernel and interrupt
1464          * priorities.  These threads are not subject to nice restrictions.
1465          *
1466          * Scores greater than this are placed on the normal timeshare queue
1467          * where the priority is partially decided by the most recent cpu
1468          * utilization and the rest is decided by nice value.
1469          *
1470          * The nice value of the process has a linear effect on the calculated
1471          * score.  Negative nice values make it easier for a thread to be
1472          * considered interactive.
1473          */
1474         score = imax(0, sched_interact_score(td) + td->td_proc->p_nice);
1475         if (score < sched_interact) {
1476                 pri = PRI_MIN_INTERACT;
1477                 pri += ((PRI_MAX_INTERACT - PRI_MIN_INTERACT + 1) /
1478                     sched_interact) * score;
1479                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_INTERACT && pri <= PRI_MAX_INTERACT,
1480                     ("sched_priority: invalid interactive priority %d score %d",
1481                     pri, score));
1482         } else {
1483                 pri = SCHED_PRI_MIN;
1484                 if (td->td_sched->ts_ticks)
1485                         pri += min(SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched),
1486                             SCHED_PRI_RANGE - 1);
1487                 pri += SCHED_PRI_NICE(td->td_proc->p_nice);
1488                 KASSERT(pri >= PRI_MIN_BATCH && pri <= PRI_MAX_BATCH,
1489                     ("sched_priority: invalid priority %d: nice %d, " 
1490                     "ticks %d ftick %d ltick %d tick pri %d",
1491                     pri, td->td_proc->p_nice, td->td_sched->ts_ticks,
1492                     td->td_sched->ts_ftick, td->td_sched->ts_ltick,
1493                     SCHED_PRI_TICKS(td->td_sched)));
1494         }
1495         sched_user_prio(td, pri);
1496
1497         return;
1498 }
1499
1500 /*
1501  * This routine enforces a maximum limit on the amount of scheduling history
1502  * kept.  It is called after either the slptime or runtime is adjusted.  This
1503  * function is ugly due to integer math.
1504  */
1505 static void
1506 sched_interact_update(struct thread *td)
1507 {
1508         struct td_sched *ts;
1509         u_int sum;
1510
1511         ts = td->td_sched;
1512         sum = ts->ts_runtime + ts->ts_slptime;
1513         if (sum < SCHED_SLP_RUN_MAX)
1514                 return;
1515         /*
1516          * This only happens from two places:
1517          * 1) We have added an unusual amount of run time from fork_exit.
1518          * 2) We have added an unusual amount of sleep time from sched_sleep().
1519          */
1520         if (sum > SCHED_SLP_RUN_MAX * 2) {
1521                 if (ts->ts_runtime > ts->ts_slptime) {
1522                         ts->ts_runtime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1523                         ts->ts_slptime = 1;
1524                 } else {
1525                         ts->ts_slptime = SCHED_SLP_RUN_MAX;
1526                         ts->ts_runtime = 1;
1527                 }
1528                 return;
1529         }
1530         /*
1531          * If we have exceeded by more than 1/5th then the algorithm below
1532          * will not bring us back into range.  Dividing by two here forces
1533          * us into the range of [4/5 * SCHED_INTERACT_MAX, SCHED_INTERACT_MAX]
1534          */
1535         if (sum > (SCHED_SLP_RUN_MAX / 5) * 6) {
1536                 ts->ts_runtime /= 2;
1537                 ts->ts_slptime /= 2;
1538                 return;
1539         }
1540         ts->ts_runtime = (ts->ts_runtime / 5) * 4;
1541         ts->ts_slptime = (ts->ts_slptime / 5) * 4;
1542 }
1543
1544 /*
1545  * Scale back the interactivity history when a child thread is created.  The
1546  * history is inherited from the parent but the thread may behave totally
1547  * differently.  For example, a shell spawning a compiler process.  We want
1548  * to learn that the compiler is behaving badly very quickly.
1549  */
1550 static void
1551 sched_interact_fork(struct thread *td)
1552 {
1553         int ratio;
1554         int sum;
1555
1556         sum = td->td_sched->ts_runtime + td->td_sched->ts_slptime;
1557         if (sum > SCHED_SLP_RUN_FORK) {
1558                 ratio = sum / SCHED_SLP_RUN_FORK;
1559                 td->td_sched->ts_runtime /= ratio;
1560                 td->td_sched->ts_slptime /= ratio;
1561         }
1562 }
1563
1564 /*
1565  * Called from proc0_init() to setup the scheduler fields.
1566  */
1567 void
1568 schedinit(void)
1569 {
1570
1571         /*
1572          * Set up the scheduler specific parts of proc0.
1573          */
1574         proc0.p_sched = NULL; /* XXX */
1575         thread0.td_sched = &td_sched0;
1576         td_sched0.ts_ltick = ticks;
1577         td_sched0.ts_ftick = ticks;
1578         td_sched0.ts_slice = sched_slice;
1579 }
1580
1581 /*
1582  * This is only somewhat accurate since given many processes of the same
1583  * priority they will switch when their slices run out, which will be
1584  * at most sched_slice stathz ticks.
1585  */
1586 int
1587 sched_rr_interval(void)
1588 {
1589
1590         /* Convert sched_slice from stathz to hz. */
1591         return (imax(1, (sched_slice * hz + realstathz / 2) / realstathz));
1592 }
1593
1594 /*
1595  * Update the percent cpu tracking information when it is requested or
1596  * the total history exceeds the maximum.  We keep a sliding history of
1597  * tick counts that slowly decays.  This is less precise than the 4BSD
1598  * mechanism since it happens with less regular and frequent events.
1599  */
1600 static void
1601 sched_pctcpu_update(struct td_sched *ts, int run)
1602 {
1603         int t = ticks;
1604
1605         if (t - ts->ts_ltick >= SCHED_TICK_TARG) {
1606                 ts->ts_ticks = 0;
1607                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1608         } else if (t - ts->ts_ftick >= SCHED_TICK_MAX) {
1609                 ts->ts_ticks = (ts->ts_ticks / (ts->ts_ltick - ts->ts_ftick)) *
1610                     (ts->ts_ltick - (t - SCHED_TICK_TARG));
1611                 ts->ts_ftick = t - SCHED_TICK_TARG;
1612         }
1613         if (run)
1614                 ts->ts_ticks += (t - ts->ts_ltick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1615         ts->ts_ltick = t;
1616 }
1617
1618 /*
1619  * Adjust the priority of a thread.  Move it to the appropriate run-queue
1620  * if necessary.  This is the back-end for several priority related
1621  * functions.
1622  */
1623 static void
1624 sched_thread_priority(struct thread *td, u_char prio)
1625 {
1626         struct td_sched *ts;
1627         struct tdq *tdq;
1628         int oldpri;
1629
1630         KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "prio",
1631             "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d", prio,
1632             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(curthread));
1633         SDT_PROBE3(sched, , , change__pri, td, td->td_proc, prio);
1634         if (td != curthread && prio < td->td_priority) {
1635                 KTR_POINT3(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread),
1636                     "lend prio", "prio:%d", td->td_priority, "new prio:%d",
1637                     prio, KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
1638                 SDT_PROBE4(sched, , , lend__pri, td, td->td_proc, prio, 
1639                     curthread);
1640         } 
1641         ts = td->td_sched;
1642         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1643         if (td->td_priority == prio)
1644                 return;
1645         /*
1646          * If the priority has been elevated due to priority
1647          * propagation, we may have to move ourselves to a new
1648          * queue.  This could be optimized to not re-add in some
1649          * cases.
1650          */
1651         if (TD_ON_RUNQ(td) && prio < td->td_priority) {
1652                 sched_rem(td);
1653                 td->td_priority = prio;
1654                 sched_add(td, SRQ_BORROWING);
1655                 return;
1656         }
1657         /*
1658          * If the thread is currently running we may have to adjust the lowpri
1659          * information so other cpus are aware of our current priority.
1660          */
1661         if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1662                 tdq = TDQ_CPU(ts->ts_cpu);
1663                 oldpri = td->td_priority;
1664                 td->td_priority = prio;
1665                 if (prio < tdq->tdq_lowpri)
1666                         tdq->tdq_lowpri = prio;
1667                 else if (tdq->tdq_lowpri == oldpri)
1668                         tdq_setlowpri(tdq, td);
1669                 return;
1670         }
1671         td->td_priority = prio;
1672 }
1673
1674 /*
1675  * Update a thread's priority when it is lent another thread's
1676  * priority.
1677  */
1678 void
1679 sched_lend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1680 {
1681
1682         td->td_flags |= TDF_BORROWING;
1683         sched_thread_priority(td, prio);
1684 }
1685
1686 /*
1687  * Restore a thread's priority when priority propagation is
1688  * over.  The prio argument is the minimum priority the thread
1689  * needs to have to satisfy other possible priority lending
1690  * requests.  If the thread's regular priority is less
1691  * important than prio, the thread will keep a priority boost
1692  * of prio.
1693  */
1694 void
1695 sched_unlend_prio(struct thread *td, u_char prio)
1696 {
1697         u_char base_pri;
1698
1699         if (td->td_base_pri >= PRI_MIN_TIMESHARE &&
1700             td->td_base_pri <= PRI_MAX_TIMESHARE)
1701                 base_pri = td->td_user_pri;
1702         else
1703                 base_pri = td->td_base_pri;
1704         if (prio >= base_pri) {
1705                 td->td_flags &= ~TDF_BORROWING;
1706                 sched_thread_priority(td, base_pri);
1707         } else
1708                 sched_lend_prio(td, prio);
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Standard entry for setting the priority to an absolute value.
1713  */
1714 void
1715 sched_prio(struct thread *td, u_char prio)
1716 {
1717         u_char oldprio;
1718
1719         /* First, update the base priority. */
1720         td->td_base_pri = prio;
1721
1722         /*
1723          * If the thread is borrowing another thread's priority, don't
1724          * ever lower the priority.
1725          */
1726         if (td->td_flags & TDF_BORROWING && td->td_priority < prio)
1727                 return;
1728
1729         /* Change the real priority. */
1730         oldprio = td->td_priority;
1731         sched_thread_priority(td, prio);
1732
1733         /*
1734          * If the thread is on a turnstile, then let the turnstile update
1735          * its state.
1736          */
1737         if (TD_ON_LOCK(td) && oldprio != prio)
1738                 turnstile_adjust(td, oldprio);
1739 }
1740
1741 /*
1742  * Set the base user priority, does not effect current running priority.
1743  */
1744 void
1745 sched_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1746 {
1747
1748         td->td_base_user_pri = prio;
1749         if (td->td_lend_user_pri <= prio)
1750                 return;
1751         td->td_user_pri = prio;
1752 }
1753
1754 void
1755 sched_lend_user_prio(struct thread *td, u_char prio)
1756 {
1757
1758         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1759         td->td_lend_user_pri = prio;
1760         td->td_user_pri = min(prio, td->td_base_user_pri);
1761         if (td->td_priority > td->td_user_pri)
1762                 sched_prio(td, td->td_user_pri);
1763         else if (td->td_priority != td->td_user_pri)
1764                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Handle migration from sched_switch().  This happens only for
1769  * cpu binding.
1770  */
1771 static struct mtx *
1772 sched_switch_migrate(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
1773 {
1774         struct tdq *tdn;
1775
1776         tdn = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
1777 #ifdef SMP
1778         tdq_load_rem(tdq, td);
1779         /*
1780          * Do the lock dance required to avoid LOR.  We grab an extra
1781          * spinlock nesting to prevent preemption while we're
1782          * not holding either run-queue lock.
1783          */
1784         spinlock_enter();
1785         thread_lock_block(td);  /* This releases the lock on tdq. */
1786
1787         /*
1788          * Acquire both run-queue locks before placing the thread on the new
1789          * run-queue to avoid deadlocks created by placing a thread with a
1790          * blocked lock on the run-queue of a remote processor.  The deadlock
1791          * occurs when a third processor attempts to lock the two queues in
1792          * question while the target processor is spinning with its own
1793          * run-queue lock held while waiting for the blocked lock to clear.
1794          */
1795         tdq_lock_pair(tdn, tdq);
1796         tdq_add(tdn, td, flags);
1797         tdq_notify(tdn, td);
1798         TDQ_UNLOCK(tdn);
1799         spinlock_exit();
1800 #endif
1801         return (TDQ_LOCKPTR(tdn));
1802 }
1803
1804 /*
1805  * Variadic version of thread_lock_unblock() that does not assume td_lock
1806  * is blocked.
1807  */
1808 static inline void
1809 thread_unblock_switch(struct thread *td, struct mtx *mtx)
1810 {
1811         atomic_store_rel_ptr((volatile uintptr_t *)&td->td_lock,
1812             (uintptr_t)mtx);
1813 }
1814
1815 /*
1816  * Switch threads.  This function has to handle threads coming in while
1817  * blocked for some reason, running, or idle.  It also must deal with
1818  * migrating a thread from one queue to another as running threads may
1819  * be assigned elsewhere via binding.
1820  */
1821 void
1822 sched_switch(struct thread *td, struct thread *newtd, int flags)
1823 {
1824         struct tdq *tdq;
1825         struct td_sched *ts;
1826         struct mtx *mtx;
1827         int srqflag;
1828         int cpuid, preempted;
1829
1830         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1831         KASSERT(newtd == NULL, ("sched_switch: Unsupported newtd argument"));
1832
1833         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1834         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1835         ts = td->td_sched;
1836         mtx = td->td_lock;
1837         sched_pctcpu_update(ts, 1);
1838         ts->ts_rltick = ticks;
1839         td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
1840         td->td_oncpu = NOCPU;
1841         preempted = (td->td_flags & TDF_SLICEEND) == 0 &&
1842             (flags & SW_PREEMPT) != 0;
1843         td->td_flags &= ~(TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND);
1844         td->td_owepreempt = 0;
1845         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td))
1846                 tdq->tdq_switchcnt++;
1847         /*
1848          * The lock pointer in an idle thread should never change.  Reset it
1849          * to CAN_RUN as well.
1850          */
1851         if (TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
1852                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1853                 TD_SET_CAN_RUN(td);
1854         } else if (TD_IS_RUNNING(td)) {
1855                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1856                 srqflag = preempted ?
1857                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING|SRQ_PREEMPTED :
1858                     SRQ_OURSELF|SRQ_YIELDING;
1859 #ifdef SMP
1860                 if (THREAD_CAN_MIGRATE(td) && !THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
1861                         ts->ts_cpu = sched_pickcpu(td, 0);
1862 #endif
1863                 if (ts->ts_cpu == cpuid)
1864                         tdq_runq_add(tdq, td, srqflag);
1865                 else {
1866                         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td) ||
1867                             (ts->ts_flags & TSF_BOUND) != 0,
1868                             ("Thread %p shouldn't migrate", td));
1869                         mtx = sched_switch_migrate(tdq, td, srqflag);
1870                 }
1871         } else {
1872                 /* This thread must be going to sleep. */
1873                 TDQ_LOCK(tdq);
1874                 mtx = thread_lock_block(td);
1875                 tdq_load_rem(tdq, td);
1876         }
1877         /*
1878          * We enter here with the thread blocked and assigned to the
1879          * appropriate cpu run-queue or sleep-queue and with the current
1880          * thread-queue locked.
1881          */
1882         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
1883         newtd = choosethread();
1884         /*
1885          * Call the MD code to switch contexts if necessary.
1886          */
1887         if (td != newtd) {
1888 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1889                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1890                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_OUT);
1891 #endif
1892                 SDT_PROBE2(sched, , , off__cpu, newtd, newtd->td_proc);
1893                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
1894                 TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
1895                 sched_pctcpu_update(newtd->td_sched, 0);
1896
1897 #ifdef KDTRACE_HOOKS
1898                 /*
1899                  * If DTrace has set the active vtime enum to anything
1900                  * other than INACTIVE (0), then it should have set the
1901                  * function to call.
1902                  */
1903                 if (dtrace_vtime_active)
1904                         (*dtrace_vtime_switch_func)(newtd);
1905 #endif
1906
1907                 cpu_switch(td, newtd, mtx);
1908                 /*
1909                  * We may return from cpu_switch on a different cpu.  However,
1910                  * we always return with td_lock pointing to the current cpu's
1911                  * run queue lock.
1912                  */
1913                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1914                 tdq = TDQ_CPU(cpuid);
1915                 lock_profile_obtain_lock_success(
1916                     &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
1917
1918                 SDT_PROBE0(sched, , , on__cpu);
1919 #ifdef  HWPMC_HOOKS
1920                 if (PMC_PROC_IS_USING_PMCS(td->td_proc))
1921                         PMC_SWITCH_CONTEXT(td, PMC_FN_CSW_IN);
1922 #endif
1923         } else {
1924                 thread_unblock_switch(td, mtx);
1925                 SDT_PROBE0(sched, , , remain__cpu);
1926         }
1927         /*
1928          * Assert that all went well and return.
1929          */
1930         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
1931         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
1932         td->td_oncpu = cpuid;
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Adjust thread priorities as a result of a nice request.
1937  */
1938 void
1939 sched_nice(struct proc *p, int nice)
1940 {
1941         struct thread *td;
1942
1943         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
1944
1945         p->p_nice = nice;
1946         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td) {
1947                 thread_lock(td);
1948                 sched_priority(td);
1949                 sched_prio(td, td->td_base_user_pri);
1950                 thread_unlock(td);
1951         }
1952 }
1953
1954 /*
1955  * Record the sleep time for the interactivity scorer.
1956  */
1957 void
1958 sched_sleep(struct thread *td, int prio)
1959 {
1960
1961         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1962
1963         td->td_slptick = ticks;
1964         if (TD_IS_SUSPENDED(td) || prio >= PSOCK)
1965                 td->td_flags |= TDF_CANSWAP;
1966         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) != PRI_TIMESHARE)
1967                 return;
1968         if (static_boost == 1 && prio)
1969                 sched_prio(td, prio);
1970         else if (static_boost && td->td_priority > static_boost)
1971                 sched_prio(td, static_boost);
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Schedule a thread to resume execution and record how long it voluntarily
1976  * slept.  We also update the pctcpu, interactivity, and priority.
1977  */
1978 void
1979 sched_wakeup(struct thread *td)
1980 {
1981         struct td_sched *ts;
1982         int slptick;
1983
1984         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
1985         ts = td->td_sched;
1986         td->td_flags &= ~TDF_CANSWAP;
1987         /*
1988          * If we slept for more than a tick update our interactivity and
1989          * priority.
1990          */
1991         slptick = td->td_slptick;
1992         td->td_slptick = 0;
1993         if (slptick && slptick != ticks) {
1994                 ts->ts_slptime += (ticks - slptick) << SCHED_TICK_SHIFT;
1995                 sched_interact_update(td);
1996                 sched_pctcpu_update(ts, 0);
1997         }
1998         /* Reset the slice value after we sleep. */
1999         ts->ts_slice = sched_slice;
2000         sched_add(td, SRQ_BORING);
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Penalize the parent for creating a new child and initialize the child's
2005  * priority.
2006  */
2007 void
2008 sched_fork(struct thread *td, struct thread *child)
2009 {
2010         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2011         sched_pctcpu_update(td->td_sched, 1);
2012         sched_fork_thread(td, child);
2013         /*
2014          * Penalize the parent and child for forking.
2015          */
2016         sched_interact_fork(child);
2017         sched_priority(child);
2018         td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2019         sched_interact_update(td);
2020         sched_priority(td);
2021 }
2022
2023 /*
2024  * Fork a new thread, may be within the same process.
2025  */
2026 void
2027 sched_fork_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2028 {
2029         struct td_sched *ts;
2030         struct td_sched *ts2;
2031
2032         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2033         /*
2034          * Initialize child.
2035          */
2036         ts = td->td_sched;
2037         ts2 = child->td_sched;
2038         child->td_oncpu = NOCPU;
2039         child->td_lastcpu = NOCPU;
2040         child->td_lock = TDQ_LOCKPTR(TDQ_SELF());
2041         child->td_cpuset = cpuset_ref(td->td_cpuset);
2042         ts2->ts_cpu = ts->ts_cpu;
2043         ts2->ts_flags = 0;
2044         /*
2045          * Grab our parents cpu estimation information.
2046          */
2047         ts2->ts_ticks = ts->ts_ticks;
2048         ts2->ts_ltick = ts->ts_ltick;
2049         ts2->ts_ftick = ts->ts_ftick;
2050         /*
2051          * Do not inherit any borrowed priority from the parent.
2052          */
2053         child->td_priority = child->td_base_pri;
2054         /*
2055          * And update interactivity score.
2056          */
2057         ts2->ts_slptime = ts->ts_slptime;
2058         ts2->ts_runtime = ts->ts_runtime;
2059         ts2->ts_slice = 1;      /* Attempt to quickly learn interactivity. */
2060 #ifdef KTR
2061         bzero(ts2->ts_name, sizeof(ts2->ts_name));
2062 #endif
2063 }
2064
2065 /*
2066  * Adjust the priority class of a thread.
2067  */
2068 void
2069 sched_class(struct thread *td, int class)
2070 {
2071
2072         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2073         if (td->td_pri_class == class)
2074                 return;
2075         td->td_pri_class = class;
2076 }
2077
2078 /*
2079  * Return some of the child's priority and interactivity to the parent.
2080  */
2081 void
2082 sched_exit(struct proc *p, struct thread *child)
2083 {
2084         struct thread *td;
2085
2086         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "proc exit",
2087             "prio:%d", child->td_priority);
2088         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
2089         td = FIRST_THREAD_IN_PROC(p);
2090         sched_exit_thread(td, child);
2091 }
2092
2093 /*
2094  * Penalize another thread for the time spent on this one.  This helps to
2095  * worsen the priority and interactivity of processes which schedule batch
2096  * jobs such as make.  This has little effect on the make process itself but
2097  * causes new processes spawned by it to receive worse scores immediately.
2098  */
2099 void
2100 sched_exit_thread(struct thread *td, struct thread *child)
2101 {
2102
2103         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(child), "thread exit",
2104             "prio:%d", child->td_priority);
2105         /*
2106          * Give the child's runtime to the parent without returning the
2107          * sleep time as a penalty to the parent.  This causes shells that
2108          * launch expensive things to mark their children as expensive.
2109          */
2110         thread_lock(td);
2111         td->td_sched->ts_runtime += child->td_sched->ts_runtime;
2112         sched_interact_update(td);
2113         sched_priority(td);
2114         thread_unlock(td);
2115 }
2116
2117 void
2118 sched_preempt(struct thread *td)
2119 {
2120         struct tdq *tdq;
2121
2122         SDT_PROBE2(sched, , , surrender, td, td->td_proc);
2123
2124         thread_lock(td);
2125         tdq = TDQ_SELF();
2126         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2127         tdq->tdq_ipipending = 0;
2128         if (td->td_priority > tdq->tdq_lowpri) {
2129                 int flags;
2130
2131                 flags = SW_INVOL | SW_PREEMPT;
2132                 if (td->td_critnest > 1)
2133                         td->td_owepreempt = 1;
2134                 else if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2135                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEWAKEIDLE, NULL);
2136                 else
2137                         mi_switch(flags | SWT_REMOTEPREEMPT, NULL);
2138         }
2139         thread_unlock(td);
2140 }
2141
2142 /*
2143  * Fix priorities on return to user-space.  Priorities may be elevated due
2144  * to static priorities in msleep() or similar.
2145  */
2146 void
2147 sched_userret(struct thread *td)
2148 {
2149         /*
2150          * XXX we cheat slightly on the locking here to avoid locking in  
2151          * the usual case.  Setting td_priority here is essentially an
2152          * incomplete workaround for not setting it properly elsewhere.
2153          * Now that some interrupt handlers are threads, not setting it
2154          * properly elsewhere can clobber it in the window between setting
2155          * it here and returning to user mode, so don't waste time setting
2156          * it perfectly here.
2157          */
2158         KASSERT((td->td_flags & TDF_BORROWING) == 0,
2159             ("thread with borrowed priority returning to userland"));
2160         if (td->td_priority != td->td_user_pri) {
2161                 thread_lock(td);
2162                 td->td_priority = td->td_user_pri;
2163                 td->td_base_pri = td->td_user_pri;
2164                 tdq_setlowpri(TDQ_SELF(), td);
2165                 thread_unlock(td);
2166         }
2167 }
2168
2169 /*
2170  * Handle a stathz tick.  This is really only relevant for timeshare
2171  * threads.
2172  */
2173 void
2174 sched_clock(struct thread *td)
2175 {
2176         struct tdq *tdq;
2177         struct td_sched *ts;
2178
2179         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2180         tdq = TDQ_SELF();
2181 #ifdef SMP
2182         /*
2183          * We run the long term load balancer infrequently on the first cpu.
2184          */
2185         if (balance_tdq == tdq) {
2186                 if (balance_ticks && --balance_ticks == 0)
2187                         sched_balance();
2188         }
2189 #endif
2190         /*
2191          * Save the old switch count so we have a record of the last ticks
2192          * activity.   Initialize the new switch count based on our load.
2193          * If there is some activity seed it to reflect that.
2194          */
2195         tdq->tdq_oldswitchcnt = tdq->tdq_switchcnt;
2196         tdq->tdq_switchcnt = tdq->tdq_load;
2197         /*
2198          * Advance the insert index once for each tick to ensure that all
2199          * threads get a chance to run.
2200          */
2201         if (tdq->tdq_idx == tdq->tdq_ridx) {
2202                 tdq->tdq_idx = (tdq->tdq_idx + 1) % RQ_NQS;
2203                 if (TAILQ_EMPTY(&tdq->tdq_timeshare.rq_queues[tdq->tdq_ridx]))
2204                         tdq->tdq_ridx = tdq->tdq_idx;
2205         }
2206         ts = td->td_sched;
2207         sched_pctcpu_update(ts, 1);
2208         if (td->td_pri_class & PRI_FIFO_BIT)
2209                 return;
2210         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE) {
2211                 /*
2212                  * We used a tick; charge it to the thread so
2213                  * that we can compute our interactivity.
2214                  */
2215                 td->td_sched->ts_runtime += tickincr;
2216                 sched_interact_update(td);
2217                 sched_priority(td);
2218         }
2219
2220         /*
2221          * Force a context switch if the current thread has used up a full
2222          * time slice (default is 100ms).
2223          */
2224         if (!TD_IS_IDLETHREAD(td) && --ts->ts_slice <= 0) {
2225                 ts->ts_slice = sched_slice;
2226                 td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED | TDF_SLICEEND;
2227         }
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Called once per hz tick.
2232  */
2233 void
2234 sched_tick(int cnt)
2235 {
2236
2237 }
2238
2239 /*
2240  * Return whether the current CPU has runnable tasks.  Used for in-kernel
2241  * cooperative idle threads.
2242  */
2243 int
2244 sched_runnable(void)
2245 {
2246         struct tdq *tdq;
2247         int load;
2248
2249         load = 1;
2250
2251         tdq = TDQ_SELF();
2252         if ((curthread->td_flags & TDF_IDLETD) != 0) {
2253                 if (tdq->tdq_load > 0)
2254                         goto out;
2255         } else
2256                 if (tdq->tdq_load - 1 > 0)
2257                         goto out;
2258         load = 0;
2259 out:
2260         return (load);
2261 }
2262
2263 /*
2264  * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
2265  * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
2266  * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
2267  */
2268 struct thread *
2269 sched_choose(void)
2270 {
2271         struct thread *td;
2272         struct tdq *tdq;
2273
2274         tdq = TDQ_SELF();
2275         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2276         td = tdq_choose(tdq);
2277         if (td) {
2278                 tdq_runq_rem(tdq, td);
2279                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2280                 return (td);
2281         }
2282         tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
2283         return (PCPU_GET(idlethread));
2284 }
2285
2286 /*
2287  * Set owepreempt if necessary.  Preemption never happens directly in ULE,
2288  * we always request it once we exit a critical section.
2289  */
2290 static inline void
2291 sched_setpreempt(struct thread *td)
2292 {
2293         struct thread *ctd;
2294         int cpri;
2295         int pri;
2296
2297         THREAD_LOCK_ASSERT(curthread, MA_OWNED);
2298
2299         ctd = curthread;
2300         pri = td->td_priority;
2301         cpri = ctd->td_priority;
2302         if (pri < cpri)
2303                 ctd->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2304         if (panicstr != NULL || pri >= cpri || cold || TD_IS_INHIBITED(ctd))
2305                 return;
2306         if (!sched_shouldpreempt(pri, cpri, 0))
2307                 return;
2308         ctd->td_owepreempt = 1;
2309 }
2310
2311 /*
2312  * Add a thread to a thread queue.  Select the appropriate runq and add the
2313  * thread to it.  This is the internal function called when the tdq is
2314  * predetermined.
2315  */
2316 void
2317 tdq_add(struct tdq *tdq, struct thread *td, int flags)
2318 {
2319
2320         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2321         KASSERT((td->td_inhibitors == 0),
2322             ("sched_add: trying to run inhibited thread"));
2323         KASSERT((TD_CAN_RUN(td) || TD_IS_RUNNING(td)),
2324             ("sched_add: bad thread state"));
2325         KASSERT(td->td_flags & TDF_INMEM,
2326             ("sched_add: thread swapped out"));
2327
2328         if (td->td_priority < tdq->tdq_lowpri)
2329                 tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
2330         tdq_runq_add(tdq, td, flags);
2331         tdq_load_add(tdq, td);
2332 }
2333
2334 /*
2335  * Select the target thread queue and add a thread to it.  Request
2336  * preemption or IPI a remote processor if required.
2337  */
2338 void
2339 sched_add(struct thread *td, int flags)
2340 {
2341         struct tdq *tdq;
2342 #ifdef SMP
2343         int cpu;
2344 #endif
2345
2346         KTR_STATE2(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq add",
2347             "prio:%d", td->td_priority, KTR_ATTR_LINKED,
2348             sched_tdname(curthread));
2349         KTR_POINT1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(curthread), "wokeup",
2350             KTR_ATTR_LINKED, sched_tdname(td));
2351         SDT_PROBE4(sched, , , enqueue, td, td->td_proc, NULL, 
2352             flags & SRQ_PREEMPTED);
2353         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2354         /*
2355          * Recalculate the priority before we select the target cpu or
2356          * run-queue.
2357          */
2358         if (PRI_BASE(td->td_pri_class) == PRI_TIMESHARE)
2359                 sched_priority(td);
2360 #ifdef SMP
2361         /*
2362          * Pick the destination cpu and if it isn't ours transfer to the
2363          * target cpu.
2364          */
2365         cpu = sched_pickcpu(td, flags);
2366         tdq = sched_setcpu(td, cpu, flags);
2367         tdq_add(tdq, td, flags);
2368         if (cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2369                 tdq_notify(tdq, td);
2370                 return;
2371         }
2372 #else
2373         tdq = TDQ_SELF();
2374         TDQ_LOCK(tdq);
2375         /*
2376          * Now that the thread is moving to the run-queue, set the lock
2377          * to the scheduler's lock.
2378          */
2379         thread_lock_set(td, TDQ_LOCKPTR(tdq));
2380         tdq_add(tdq, td, flags);
2381 #endif
2382         if (!(flags & SRQ_YIELDING))
2383                 sched_setpreempt(td);
2384 }
2385
2386 /*
2387  * Remove a thread from a run-queue without running it.  This is used
2388  * when we're stealing a thread from a remote queue.  Otherwise all threads
2389  * exit by calling sched_exit_thread() and sched_throw() themselves.
2390  */
2391 void
2392 sched_rem(struct thread *td)
2393 {
2394         struct tdq *tdq;
2395
2396         KTR_STATE1(KTR_SCHED, "thread", sched_tdname(td), "runq rem",
2397             "prio:%d", td->td_priority);
2398         SDT_PROBE3(sched, , , dequeue, td, td->td_proc, NULL);
2399         tdq = TDQ_CPU(td->td_sched->ts_cpu);
2400         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
2401         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2402         KASSERT(TD_ON_RUNQ(td),
2403             ("sched_rem: thread not on run queue"));
2404         tdq_runq_rem(tdq, td);
2405         tdq_load_rem(tdq, td);
2406         TD_SET_CAN_RUN(td);
2407         if (td->td_priority == tdq->tdq_lowpri)
2408                 tdq_setlowpri(tdq, NULL);
2409 }
2410
2411 /*
2412  * Fetch cpu utilization information.  Updates on demand.
2413  */
2414 fixpt_t
2415 sched_pctcpu(struct thread *td)
2416 {
2417         fixpt_t pctcpu;
2418         struct td_sched *ts;
2419
2420         pctcpu = 0;
2421         ts = td->td_sched;
2422         if (ts == NULL)
2423                 return (0);
2424
2425         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2426         sched_pctcpu_update(ts, TD_IS_RUNNING(td));
2427         if (ts->ts_ticks) {
2428                 int rtick;
2429
2430                 /* How many rtick per second ? */
2431                 rtick = min(SCHED_TICK_HZ(ts) / SCHED_TICK_SECS, hz);
2432                 pctcpu = (FSCALE * ((FSCALE * rtick)/hz)) >> FSHIFT;
2433         }
2434
2435         return (pctcpu);
2436 }
2437
2438 /*
2439  * Enforce affinity settings for a thread.  Called after adjustments to
2440  * cpumask.
2441  */
2442 void
2443 sched_affinity(struct thread *td)
2444 {
2445 #ifdef SMP
2446         struct td_sched *ts;
2447
2448         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2449         ts = td->td_sched;
2450         if (THREAD_CAN_SCHED(td, ts->ts_cpu))
2451                 return;
2452         if (TD_ON_RUNQ(td)) {
2453                 sched_rem(td);
2454                 sched_add(td, SRQ_BORING);
2455                 return;
2456         }
2457         if (!TD_IS_RUNNING(td))
2458                 return;
2459         /*
2460          * Force a switch before returning to userspace.  If the
2461          * target thread is not running locally send an ipi to force
2462          * the issue.
2463          */
2464         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
2465         if (td != curthread)
2466                 ipi_cpu(ts->ts_cpu, IPI_PREEMPT);
2467 #endif
2468 }
2469
2470 /*
2471  * Bind a thread to a target cpu.
2472  */
2473 void
2474 sched_bind(struct thread *td, int cpu)
2475 {
2476         struct td_sched *ts;
2477
2478         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED|MA_NOTRECURSED);
2479         KASSERT(td == curthread, ("sched_bind: can only bind curthread"));
2480         ts = td->td_sched;
2481         if (ts->ts_flags & TSF_BOUND)
2482                 sched_unbind(td);
2483         KASSERT(THREAD_CAN_MIGRATE(td), ("%p must be migratable", td));
2484         ts->ts_flags |= TSF_BOUND;
2485         sched_pin();
2486         if (PCPU_GET(cpuid) == cpu)
2487                 return;
2488         ts->ts_cpu = cpu;
2489         /* When we return from mi_switch we'll be on the correct cpu. */
2490         mi_switch(SW_VOL, NULL);
2491 }
2492
2493 /*
2494  * Release a bound thread.
2495  */
2496 void
2497 sched_unbind(struct thread *td)
2498 {
2499         struct td_sched *ts;
2500
2501         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2502         KASSERT(td == curthread, ("sched_unbind: can only bind curthread"));
2503         ts = td->td_sched;
2504         if ((ts->ts_flags & TSF_BOUND) == 0)
2505                 return;
2506         ts->ts_flags &= ~TSF_BOUND;
2507         sched_unpin();
2508 }
2509
2510 int
2511 sched_is_bound(struct thread *td)
2512 {
2513         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
2514         return (td->td_sched->ts_flags & TSF_BOUND);
2515 }
2516
2517 /*
2518  * Basic yield call.
2519  */
2520 void
2521 sched_relinquish(struct thread *td)
2522 {
2523         thread_lock(td);
2524         mi_switch(SW_VOL | SWT_RELINQUISH, NULL);
2525         thread_unlock(td);
2526 }
2527
2528 /*
2529  * Return the total system load.
2530  */
2531 int
2532 sched_load(void)
2533 {
2534 #ifdef SMP
2535         int total;
2536         int i;
2537
2538         total = 0;
2539         CPU_FOREACH(i)
2540                 total += TDQ_CPU(i)->tdq_sysload;
2541         return (total);
2542 #else
2543         return (TDQ_SELF()->tdq_sysload);
2544 #endif
2545 }
2546
2547 int
2548 sched_sizeof_proc(void)
2549 {
2550         return (sizeof(struct proc));
2551 }
2552
2553 int
2554 sched_sizeof_thread(void)
2555 {
2556         return (sizeof(struct thread) + sizeof(struct td_sched));
2557 }
2558
2559 #ifdef SMP
2560 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)                                               \
2561     ((tdq)->tdq_cg != NULL && ((tdq)->tdq_cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) == 0)
2562 #else
2563 #define TDQ_IDLESPIN(tdq)       1
2564 #endif
2565
2566 /*
2567  * The actual idle process.
2568  */
2569 void
2570 sched_idletd(void *dummy)
2571 {
2572         struct thread *td;
2573         struct tdq *tdq;
2574         int oldswitchcnt, switchcnt;
2575         int i;
2576
2577         mtx_assert(&Giant, MA_NOTOWNED);
2578         td = curthread;
2579         tdq = TDQ_SELF();
2580         oldswitchcnt = -1;
2581         for (;;) {
2582                 if (tdq->tdq_load) {
2583                         thread_lock(td);
2584                         mi_switch(SW_VOL | SWT_IDLE, NULL);
2585                         thread_unlock(td);
2586                 }
2587                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2588 #ifdef SMP
2589                 if (switchcnt != oldswitchcnt) {
2590                         oldswitchcnt = switchcnt;
2591                         if (tdq_idled(tdq) == 0)
2592                                 continue;
2593                 }
2594                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2595 #else
2596                 oldswitchcnt = switchcnt;
2597 #endif
2598                 /*
2599                  * If we're switching very frequently, spin while checking
2600                  * for load rather than entering a low power state that 
2601                  * may require an IPI.  However, don't do any busy
2602                  * loops while on SMT machines as this simply steals
2603                  * cycles from cores doing useful work.
2604                  */
2605                 if (TDQ_IDLESPIN(tdq) && switchcnt > sched_idlespinthresh) {
2606                         for (i = 0; i < sched_idlespins; i++) {
2607                                 if (tdq->tdq_load)
2608                                         break;
2609                                 cpu_spinwait();
2610                         }
2611                 }
2612
2613                 /* If there was context switch during spin, restart it. */
2614                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2615                 if (tdq->tdq_load != 0 || switchcnt != oldswitchcnt)
2616                         continue;
2617
2618                 /* Run main MD idle handler. */
2619                 tdq->tdq_cpu_idle = 1;
2620                 /*
2621                  * Make sure that tdq_cpu_idle update is globally visible
2622                  * before cpu_idle() read tdq_load.  The order is important
2623                  * to avoid race with tdq_notify.
2624                  */
2625                 mb();
2626                 cpu_idle(switchcnt * 4 > sched_idlespinthresh);
2627                 tdq->tdq_cpu_idle = 0;
2628
2629                 /*
2630                  * Account thread-less hardware interrupts and
2631                  * other wakeup reasons equal to context switches.
2632                  */
2633                 switchcnt = tdq->tdq_switchcnt + tdq->tdq_oldswitchcnt;
2634                 if (switchcnt != oldswitchcnt)
2635                         continue;
2636                 tdq->tdq_switchcnt++;
2637                 oldswitchcnt++;
2638         }
2639 }
2640
2641 /*
2642  * A CPU is entering for the first time or a thread is exiting.
2643  */
2644 void
2645 sched_throw(struct thread *td)
2646 {
2647         struct thread *newtd;
2648         struct tdq *tdq;
2649
2650         tdq = TDQ_SELF();
2651         if (td == NULL) {
2652                 /* Correct spinlock nesting and acquire the correct lock. */
2653                 TDQ_LOCK(tdq);
2654                 spinlock_exit();
2655                 PCPU_SET(switchtime, cpu_ticks());
2656                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
2657         } else {
2658                 MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2659                 tdq_load_rem(tdq, td);
2660                 lock_profile_release_lock(&TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object);
2661                 td->td_lastcpu = td->td_oncpu;
2662                 td->td_oncpu = NOCPU;
2663         }
2664         KASSERT(curthread->td_md.md_spinlock_count == 1, ("invalid count"));
2665         newtd = choosethread();
2666         TDQ_LOCKPTR(tdq)->mtx_lock = (uintptr_t)newtd;
2667         cpu_throw(td, newtd);           /* doesn't return */
2668 }
2669
2670 /*
2671  * This is called from fork_exit().  Just acquire the correct locks and
2672  * let fork do the rest of the work.
2673  */
2674 void
2675 sched_fork_exit(struct thread *td)
2676 {
2677         struct td_sched *ts;
2678         struct tdq *tdq;
2679         int cpuid;
2680
2681         /*
2682          * Finish setting up thread glue so that it begins execution in a
2683          * non-nested critical section with the scheduler lock held.
2684          */
2685         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2686         tdq = TDQ_CPU(cpuid);
2687         ts = td->td_sched;
2688         if (TD_IS_IDLETHREAD(td))
2689                 td->td_lock = TDQ_LOCKPTR(tdq);
2690         MPASS(td->td_lock == TDQ_LOCKPTR(tdq));
2691         td->td_oncpu = cpuid;
2692         TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
2693         lock_profile_obtain_lock_success(
2694             &TDQ_LOCKPTR(tdq)->lock_object, 0, 0, __FILE__, __LINE__);
2695 }
2696
2697 /*
2698  * Create on first use to catch odd startup conditons.
2699  */
2700 char *
2701 sched_tdname(struct thread *td)
2702 {
2703 #ifdef KTR
2704         struct td_sched *ts;
2705
2706         ts = td->td_sched;
2707         if (ts->ts_name[0] == '\0')
2708                 snprintf(ts->ts_name, sizeof(ts->ts_name),
2709                     "%s tid %d", td->td_name, td->td_tid);
2710         return (ts->ts_name);
2711 #else
2712         return (td->td_name);
2713 #endif
2714 }
2715
2716 #ifdef KTR
2717 void
2718 sched_clear_tdname(struct thread *td)
2719 {
2720         struct td_sched *ts;
2721
2722         ts = td->td_sched;
2723         ts->ts_name[0] = '\0';
2724 }
2725 #endif
2726
2727 #ifdef SMP
2728
2729 /*
2730  * Build the CPU topology dump string. Is recursively called to collect
2731  * the topology tree.
2732  */
2733 static int
2734 sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(struct sbuf *sb, struct cpu_group *cg,
2735     int indent)
2736 {
2737         char cpusetbuf[CPUSETBUFSIZ];
2738         int i, first;
2739
2740         sbuf_printf(sb, "%*s<group level=\"%d\" cache-level=\"%d\">\n", indent,
2741             "", 1 + indent / 2, cg->cg_level);
2742         sbuf_printf(sb, "%*s <cpu count=\"%d\" mask=\"%s\">", indent, "",
2743             cg->cg_count, cpusetobj_strprint(cpusetbuf, &cg->cg_mask));
2744         first = TRUE;
2745         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2746                 if (CPU_ISSET(i, &cg->cg_mask)) {
2747                         if (!first)
2748                                 sbuf_printf(sb, ", ");
2749                         else
2750                                 first = FALSE;
2751                         sbuf_printf(sb, "%d", i);
2752                 }
2753         }
2754         sbuf_printf(sb, "</cpu>\n");
2755
2756         if (cg->cg_flags != 0) {
2757                 sbuf_printf(sb, "%*s <flags>", indent, "");
2758                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_HTT) != 0)
2759                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"HTT\">HTT group</flag>");
2760                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_THREAD) != 0)
2761                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"THREAD\">THREAD group</flag>");
2762                 if ((cg->cg_flags & CG_FLAG_SMT) != 0)
2763                         sbuf_printf(sb, "<flag name=\"SMT\">SMT group</flag>");
2764                 sbuf_printf(sb, "</flags>\n");
2765         }
2766
2767         if (cg->cg_children > 0) {
2768                 sbuf_printf(sb, "%*s <children>\n", indent, "");
2769                 for (i = 0; i < cg->cg_children; i++)
2770                         sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(sb, 
2771                             &cg->cg_child[i], indent+2);
2772                 sbuf_printf(sb, "%*s </children>\n", indent, "");
2773         }
2774         sbuf_printf(sb, "%*s</group>\n", indent, "");
2775         return (0);
2776 }
2777
2778 /*
2779  * Sysctl handler for retrieving topology dump. It's a wrapper for
2780  * the recursive sysctl_kern_smp_topology_spec_internal().
2781  */
2782 static int
2783 sysctl_kern_sched_topology_spec(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2784 {
2785         struct sbuf *topo;
2786         int err;
2787
2788         KASSERT(cpu_top != NULL, ("cpu_top isn't initialized"));
2789
2790         topo = sbuf_new(NULL, NULL, 500, SBUF_AUTOEXTEND);
2791         if (topo == NULL)
2792                 return (ENOMEM);
2793
2794         sbuf_printf(topo, "<groups>\n");
2795         err = sysctl_kern_sched_topology_spec_internal(topo, cpu_top, 1);
2796         sbuf_printf(topo, "</groups>\n");
2797
2798         if (err == 0) {
2799                 sbuf_finish(topo);
2800                 err = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(topo), sbuf_len(topo));
2801         }
2802         sbuf_delete(topo);
2803         return (err);
2804 }
2805
2806 #endif
2807
2808 static int
2809 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2810 {
2811         int error, new_val, period;
2812
2813         period = 1000000 / realstathz;
2814         new_val = period * sched_slice;
2815         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
2816         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
2817                 return (error);
2818         if (new_val <= 0)
2819                 return (EINVAL);
2820         sched_slice = imax(1, (new_val + period / 2) / period);
2821         hogticks = imax(1, (2 * hz * sched_slice + realstathz / 2) /
2822             realstathz);
2823         return (0);
2824 }
2825
2826 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, sched, CTLFLAG_RW, 0, "Scheduler");
2827 SYSCTL_STRING(_kern_sched, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, "ULE", 0,
2828     "Scheduler name");
2829 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
2830     NULL, 0, sysctl_kern_quantum, "I",
2831     "Quantum for timeshare threads in microseconds");
2832 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, slice, CTLFLAG_RW, &sched_slice, 0,
2833     "Quantum for timeshare threads in stathz ticks");
2834 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, interact, CTLFLAG_RW, &sched_interact, 0,
2835     "Interactivity score threshold");
2836 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, preempt_thresh, CTLFLAG_RW,
2837     &preempt_thresh, 0,
2838     "Maximal (lowest) priority for preemption");
2839 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, static_boost, CTLFLAG_RW, &static_boost, 0,
2840     "Assign static kernel priorities to sleeping threads");
2841 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespins, CTLFLAG_RW, &sched_idlespins, 0,
2842     "Number of times idle thread will spin waiting for new work");
2843 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, idlespinthresh, CTLFLAG_RW,
2844     &sched_idlespinthresh, 0,
2845     "Threshold before we will permit idle thread spinning");
2846 #ifdef SMP
2847 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, affinity, CTLFLAG_RW, &affinity, 0,
2848     "Number of hz ticks to keep thread affinity for");
2849 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance, CTLFLAG_RW, &rebalance, 0,
2850     "Enables the long-term load balancer");
2851 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, balance_interval, CTLFLAG_RW,
2852     &balance_interval, 0,
2853     "Average period in stathz ticks to run the long-term balancer");
2854 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_idle, CTLFLAG_RW, &steal_idle, 0,
2855     "Attempts to steal work from other cores before idling");
2856 SYSCTL_INT(_kern_sched, OID_AUTO, steal_thresh, CTLFLAG_RW, &steal_thresh, 0,
2857     "Minimum load on remote CPU before we'll steal");
2858 SYSCTL_PROC(_kern_sched, OID_AUTO, topology_spec, CTLTYPE_STRING |
2859     CTLFLAG_RD, NULL, 0, sysctl_kern_sched_topology_spec, "A",
2860     "XML dump of detected CPU topology");
2861 #endif
2862
2863 /* ps compat.  All cpu percentages from ULE are weighted. */
2864 static int ccpu = 0;
2865 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");