tools/power/x86/turbostat/turbostat.c

   1 /*
   2  * turbostat -- show CPU frequency and C-state residency
   3  * on modern Intel turbo-capable processors.
   4  *
   5  * Copyright (c) 2012 Intel Corporation.
   6  * Len Brown <len.brown@intel.com>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   9  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
  10  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
  11  *
  12  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
  13  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  14  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
  15  * more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  18  * this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  19  * 51 Franklin St - Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  20  */
  21
  22 #define _GNU_SOURCE
  23 #include <stdio.h>
  24 #include <unistd.h>
  25 #include <sys/types.h>
  26 #include <sys/wait.h>
  27 #include <sys/stat.h>
  28 #include <sys/resource.h>
  29 #include <fcntl.h>
  30 #include <signal.h>
  31 #include <sys/time.h>
  32 #include <stdlib.h>
  33 #include <dirent.h>
  34 #include <string.h>
  35 #include <ctype.h>
  36 #include <sched.h>
  37
  38 #define MSR_TSC 0x10
  39 #define MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO       0xCE
  40 #define MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT   0x1AD
  41 #define MSR_APERF       0xE8
  42 #define MSR_MPERF       0xE7
  43 #define MSR_PKG_C2_RESIDENCY    0x60D   /* SNB only */
  44 #define MSR_PKG_C3_RESIDENCY    0x3F8
  45 #define MSR_PKG_C6_RESIDENCY    0x3F9
  46 #define MSR_PKG_C7_RESIDENCY    0x3FA   /* SNB only */
  47 #define MSR_CORE_C3_RESIDENCY   0x3FC
  48 #define MSR_CORE_C6_RESIDENCY   0x3FD
  49 #define MSR_CORE_C7_RESIDENCY   0x3FE   /* SNB only */
  50
  51 char *proc_stat = "/proc/stat";
  52 unsigned int interval_sec = 5;  /* set with -i interval_sec */
  53 unsigned int verbose;           /* set with -v */
  54 unsigned int summary_only;      /* set with -s */
  55 unsigned int skip_c0;
  56 unsigned int skip_c1;
  57 unsigned int do_nhm_cstates;
  58 unsigned int do_snb_cstates;
  59 unsigned int has_aperf;
  60 unsigned int units = 1000000000;        /* Ghz etc */
  61 unsigned int genuine_intel;
  62 unsigned int has_invariant_tsc;
  63 unsigned int do_nehalem_platform_info;
  64 unsigned int do_nehalem_turbo_ratio_limit;
  65 unsigned int extra_msr_offset;
  66 double bclk;
  67 unsigned int show_pkg;
  68 unsigned int show_core;
  69 unsigned int show_cpu;
  70
  71 int aperf_mperf_unstable;
  72 int backwards_count;
  73 char *progname;
  74
  75 int num_cpus;
  76 cpu_set_t *cpu_mask;
  77 size_t cpu_mask_size;
  78
  79 struct counters {
  80         unsigned long long tsc;         /* per thread */
  81         unsigned long long aperf;       /* per thread */
  82         unsigned long long mperf;       /* per thread */
  83         unsigned long long c1;  /* per thread (calculated) */
  84         unsigned long long c3;  /* per core */
  85         unsigned long long c6;  /* per core */
  86         unsigned long long c7;  /* per core */
  87         unsigned long long pc2; /* per package */
  88         unsigned long long pc3; /* per package */
  89         unsigned long long pc6; /* per package */
  90         unsigned long long pc7; /* per package */
  91         unsigned long long extra_msr;   /* per thread */
  92         int pkg;
  93         int core;
  94         int cpu;
  95         struct counters *next;
  96 };
  97
  98 struct counters *cnt_even;
  99 struct counters *cnt_odd;
 100 struct counters *cnt_delta;
 101 struct counters *cnt_average;
 102 struct timeval tv_even;
 103 struct timeval tv_odd;
 104 struct timeval tv_delta;
 105
 106 /*
 107  * cpu_mask_init(ncpus)
 108  *
 109  * allocate and clear cpu_mask
 110  * set cpu_mask_size
 111  */
 112 void cpu_mask_init(int ncpus)
 113 {
 114         cpu_mask = CPU_ALLOC(ncpus);
 115         if (cpu_mask == NULL) {
 116                 perror("CPU_ALLOC");
 117                 exit(3);
 118         }
 119         cpu_mask_size = CPU_ALLOC_SIZE(ncpus);
 120         CPU_ZERO_S(cpu_mask_size, cpu_mask);
 121 }
 122
 123 void cpu_mask_uninit()
 124 {
 125         CPU_FREE(cpu_mask);
 126         cpu_mask = NULL;
 127         cpu_mask_size = 0;
 128 }
 129
 130 int cpu_migrate(int cpu)
 131 {
 132         CPU_ZERO_S(cpu_mask_size, cpu_mask);
 133         CPU_SET_S(cpu, cpu_mask_size, cpu_mask);
 134         if (sched_setaffinity(0, cpu_mask_size, cpu_mask) == -1)
 135                 return -1;
 136         else
 137                 return 0;
 138 }
 139
 140 int get_msr(int cpu, off_t offset, unsigned long long *msr)
 141 {
 142         ssize_t retval;
 143         char pathname[32];
 144         int fd;
 145
 146         sprintf(pathname, "/dev/cpu/%d/msr", cpu);
 147         fd = open(pathname, O_RDONLY);
 148         if (fd < 0)
 149                 return -1;
 150
 151         retval = pread(fd, msr, sizeof *msr, offset);
 152         close(fd);
 153
 154         if (retval != sizeof *msr)
 155                 return -1;
 156
 157         return 0;
 158 }
 159
 160 void print_header(void)
 161 {
 162         if (show_pkg)
 163                 fprintf(stderr, "pk");
 164         if (show_pkg)
 165                 fprintf(stderr, " ");
 166         if (show_core)
 167                 fprintf(stderr, "cor");
 168         if (show_cpu)
 169                 fprintf(stderr, " CPU");
 170         if (show_pkg || show_core || show_cpu)
 171                 fprintf(stderr, " ");
 172         if (do_nhm_cstates)
 173                 fprintf(stderr, "   %%c0");
 174         if (has_aperf)
 175                 fprintf(stderr, "  GHz");
 176         fprintf(stderr, "  TSC");
 177         if (do_nhm_cstates)
 178                 fprintf(stderr, "    %%c1");
 179         if (do_nhm_cstates)
 180                 fprintf(stderr, "    %%c3");
 181         if (do_nhm_cstates)
 182                 fprintf(stderr, "    %%c6");
 183         if (do_snb_cstates)
 184                 fprintf(stderr, "    %%c7");
 185         if (do_snb_cstates)
 186                 fprintf(stderr, "   %%pc2");
 187         if (do_nhm_cstates)
 188                 fprintf(stderr, "   %%pc3");
 189         if (do_nhm_cstates)
 190                 fprintf(stderr, "   %%pc6");
 191         if (do_snb_cstates)
 192                 fprintf(stderr, "   %%pc7");
 193         if (extra_msr_offset)
 194                 fprintf(stderr, "        MSR 0x%x ", extra_msr_offset);
 195
 196         putc('\n', stderr);
 197 }
 198
 199 void dump_cnt(struct counters *cnt)
 200 {
 201         if (!cnt)
 202                 return;
 203         if (cnt->pkg) fprintf(stderr, "package: %d ", cnt->pkg);
 204         if (cnt->core) fprintf(stderr, "core:: %d ", cnt->core);
 205         if (cnt->cpu) fprintf(stderr, "CPU: %d ", cnt->cpu);
 206         if (cnt->tsc) fprintf(stderr, "TSC: %016llX\n", cnt->tsc);
 207         if (cnt->c3) fprintf(stderr, "c3: %016llX\n", cnt->c3);
 208         if (cnt->c6) fprintf(stderr, "c6: %016llX\n", cnt->c6);
 209         if (cnt->c7) fprintf(stderr, "c7: %016llX\n", cnt->c7);
 210         if (cnt->aperf) fprintf(stderr, "aperf: %016llX\n", cnt->aperf);
 211         if (cnt->pc2) fprintf(stderr, "pc2: %016llX\n", cnt->pc2);
 212         if (cnt->pc3) fprintf(stderr, "pc3: %016llX\n", cnt->pc3);
 213         if (cnt->pc6) fprintf(stderr, "pc6: %016llX\n", cnt->pc6);
 214         if (cnt->pc7) fprintf(stderr, "pc7: %016llX\n", cnt->pc7);
 215         if (cnt->extra_msr) fprintf(stderr, "msr0x%x: %016llX\n", extra_msr_offset, cnt->extra_msr);
 216 }
 217
 218 void dump_list(struct counters *cnt)
 219 {
 220         printf("dump_list 0x%p\n", cnt);
 221
 222         for (; cnt; cnt = cnt->next)
 223                 dump_cnt(cnt);
 224 }
 225
 226 /*
 227  * column formatting convention & formats
 228  * package: "pk" 2 columns %2d
 229  * core: "cor" 3 columns %3d
 230  * CPU: "CPU" 3 columns %3d
 231  * GHz: "GHz" 3 columns %3.2
 232  * TSC: "TSC" 3 columns %3.2
 233  * percentage " %pc3" %6.2
 234  */
 235 void print_cnt(struct counters *p)
 236 {
 237         double interval_float;
 238
 239         interval_float = tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0;
 240
 241         /* topology columns, print blanks on 1st (average) line */
 242         if (p == cnt_average) {
 243                 if (show_pkg)
 244                         fprintf(stderr, "  ");
 245                 if (show_pkg && show_core)
 246                         fprintf(stderr, " ");
 247                 if (show_core)
 248                         fprintf(stderr, "   ");
 249                 if (show_cpu)
 250                         fprintf(stderr, " " "   ");
 251         } else {
 252                 if (show_pkg)
 253                         fprintf(stderr, "%2d", p->pkg);
 254                 if (show_pkg && show_core)
 255                         fprintf(stderr, " ");
 256                 if (show_core)
 257                         fprintf(stderr, "%3d", p->core);
 258                 if (show_cpu)
 259                         fprintf(stderr, " %3d", p->cpu);
 260         }
 261
 262         /* %c0 */
 263         if (do_nhm_cstates) {
 264                 if (show_pkg || show_core || show_cpu)
 265                         fprintf(stderr, " ");
 266                 if (!skip_c0)
 267                         fprintf(stderr, "%6.2f", 100.0 * p->mperf/p->tsc);
 268                 else
 269                         fprintf(stderr, "  ****");
 270         }
 271
 272         /* GHz */
 273         if (has_aperf) {
 274                 if (!aperf_mperf_unstable) {
 275                         fprintf(stderr, " %3.2f",
 276                                 1.0 * p->tsc / units * p->aperf /
 277                                 p->mperf / interval_float);
 278                 } else {
 279                         if (p->aperf > p->tsc || p->mperf > p->tsc) {
 280                                 fprintf(stderr, " ***");
 281                         } else {
 282                                 fprintf(stderr, "%3.1f*",
 283                                         1.0 * p->tsc /
 284                                         units * p->aperf /
 285                                         p->mperf / interval_float);
 286                         }
 287                 }
 288         }
 289
 290         /* TSC */
 291         fprintf(stderr, "%5.2f", 1.0 * p->tsc/units/interval_float);
 292
 293         if (do_nhm_cstates) {
 294                 if (!skip_c1)
 295                         fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c1/p->tsc);
 296                 else
 297                         fprintf(stderr, "  ****");
 298         }
 299         if (do_nhm_cstates)
 300                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c3/p->tsc);
 301         if (do_nhm_cstates)
 302                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c6/p->tsc);
 303         if (do_snb_cstates)
 304                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c7/p->tsc);
 305         if (do_snb_cstates)
 306                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc2/p->tsc);
 307         if (do_nhm_cstates)
 308                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc3/p->tsc);
 309         if (do_nhm_cstates)
 310                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc6/p->tsc);
 311         if (do_snb_cstates)
 312                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc7/p->tsc);
 313         if (extra_msr_offset)
 314                 fprintf(stderr, "  0x%016llx", p->extra_msr);
 315         putc('\n', stderr);
 316 }
 317
 318 void print_counters(struct counters *counters)
 319 {
 320         struct counters *cnt;
 321         static int printed;
 322
 323
 324         if (!printed || !summary_only)
 325                 print_header();
 326
 327         if (num_cpus > 1)
 328                 print_cnt(cnt_average);
 329
 330         printed = 1;
 331
 332         if (summary_only)
 333                 return;
 334
 335         for (cnt = counters; cnt != NULL; cnt = cnt->next)
 336                 print_cnt(cnt);
 337
 338 }
 339
 340 #define SUBTRACT_COUNTER(after, before, delta) (delta = (after - before), (before > after))
 341
 342 int compute_delta(struct counters *after,
 343         struct counters *before, struct counters *delta)
 344 {
 345         int errors = 0;
 346         int perf_err = 0;
 347
 348         skip_c0 = skip_c1 = 0;
 349
 350         for ( ; after && before && delta;
 351                 after = after->next, before = before->next, delta = delta->next) {
 352                 if (before->cpu != after->cpu) {
 353                         printf("cpu configuration changed: %d != %d\n",
 354                                 before->cpu, after->cpu);
 355                         return -1;
 356                 }
 357
 358                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->tsc, before->tsc, delta->tsc)) {
 359                         fprintf(stderr, "cpu%d TSC went backwards %llX to %llX\n",
 360                                 before->cpu, before->tsc, after->tsc);
 361                         errors++;
 362                 }
 363                 /* check for TSC < 1 Mcycles over interval */
 364                 if (delta->tsc < (1000 * 1000)) {
 365                         fprintf(stderr, "Insanely slow TSC rate,"
 366                                 " TSC stops in idle?\n");
 367                         fprintf(stderr, "You can disable all c-states"
 368                                 " by booting with \"idle=poll\"\n");
 369                         fprintf(stderr, "or just the deep ones with"
 370                                 " \"processor.max_cstate=1\"\n");
 371                         exit(-3);
 372                 }
 373                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c3, before->c3, delta->c3)) {
 374                         fprintf(stderr, "cpu%d c3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 375                                 before->cpu, before->c3, after->c3);
 376                         errors++;
 377                 }
 378                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c6, before->c6, delta->c6)) {
 379                         fprintf(stderr, "cpu%d c6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 380                                 before->cpu, before->c6, after->c6);
 381                         errors++;
 382                 }
 383                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c7, before->c7, delta->c7)) {
 384                         fprintf(stderr, "cpu%d c7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 385                                 before->cpu, before->c7, after->c7);
 386                         errors++;
 387                 }
 388                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc2, before->pc2, delta->pc2)) {
 389                         fprintf(stderr, "cpu%d pc2 counter went backwards %llX to %llX\n",
 390                                 before->cpu, before->pc2, after->pc2);
 391                         errors++;
 392                 }
 393                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc3, before->pc3, delta->pc3)) {
 394                         fprintf(stderr, "cpu%d pc3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 395                                 before->cpu, before->pc3, after->pc3);
 396                         errors++;
 397                 }
 398                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc6, before->pc6, delta->pc6)) {
 399                         fprintf(stderr, "cpu%d pc6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 400                                 before->cpu, before->pc6, after->pc6);
 401                         errors++;
 402                 }
 403                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc7, before->pc7, delta->pc7)) {
 404                         fprintf(stderr, "cpu%d pc7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 405                                 before->cpu, before->pc7, after->pc7);
 406                         errors++;
 407                 }
 408
 409                 perf_err = SUBTRACT_COUNTER(after->aperf, before->aperf, delta->aperf);
 410                 if (perf_err) {
 411                         fprintf(stderr, "cpu%d aperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 412                                 before->cpu, before->aperf, after->aperf);
 413                 }
 414                 perf_err |= SUBTRACT_COUNTER(after->mperf, before->mperf, delta->mperf);
 415                 if (perf_err) {
 416                         fprintf(stderr, "cpu%d mperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 417                                 before->cpu, before->mperf, after->mperf);
 418                 }
 419                 if (perf_err) {
 420                         if (!aperf_mperf_unstable) {
 421                                 fprintf(stderr, "%s: APERF or MPERF went backwards *\n", progname);
 422                                 fprintf(stderr, "* Frequency results do not cover entire interval *\n");
 423                                 fprintf(stderr, "* fix this by running Linux-2.6.30 or later *\n");
 424
 425                                 aperf_mperf_unstable = 1;
 426                         }
 427                         /*
 428                          * mperf delta is likely a huge "positive" number
 429                          * can not use it for calculating c0 time
 430                          */
 431                         skip_c0 = 1;
 432                         skip_c1 = 1;
 433                 }
 434
 435                 /*
 436                  * As mperf and tsc collection are not atomic,
 437                  * it is possible for mperf's non-halted cycles
 438                  * to exceed TSC's all cycles: show c1 = 0% in that case.
 439                  */
 440                 if (delta->mperf > delta->tsc)
 441                         delta->c1 = 0;
 442                 else /* normal case, derive c1 */
 443                         delta->c1 = delta->tsc - delta->mperf
 444                                 - delta->c3 - delta->c6 - delta->c7;
 445
 446                 if (delta->mperf == 0)
 447                         delta->mperf = 1;       /* divide by 0 protection */
 448
 449                 /*
 450                  * for "extra msr", just copy the latest w/o subtracting
 451                  */
 452                 delta->extra_msr = after->extra_msr;
 453                 if (errors) {
 454                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d before:\n", before->cpu);
 455                         dump_cnt(before);
 456                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d after:\n", before->cpu);
 457                         dump_cnt(after);
 458                         errors = 0;
 459                 }
 460         }
 461         return 0;
 462 }
 463
 464 void compute_average(struct counters *delta, struct counters *avg)
 465 {
 466         struct counters *sum;
 467
 468         sum = calloc(1, sizeof(struct counters));
 469         if (sum == NULL) {
 470                 perror("calloc sum");
 471                 exit(1);
 472         }
 473
 474         for (; delta; delta = delta->next) {
 475                 sum->tsc += delta->tsc;
 476                 sum->c1 += delta->c1;
 477                 sum->c3 += delta->c3;
 478                 sum->c6 += delta->c6;
 479                 sum->c7 += delta->c7;
 480                 sum->aperf += delta->aperf;
 481                 sum->mperf += delta->mperf;
 482                 sum->pc2 += delta->pc2;
 483                 sum->pc3 += delta->pc3;
 484                 sum->pc6 += delta->pc6;
 485                 sum->pc7 += delta->pc7;
 486         }
 487         avg->tsc = sum->tsc/num_cpus;
 488         avg->c1 = sum->c1/num_cpus;
 489         avg->c3 = sum->c3/num_cpus;
 490         avg->c6 = sum->c6/num_cpus;
 491         avg->c7 = sum->c7/num_cpus;
 492         avg->aperf = sum->aperf/num_cpus;
 493         avg->mperf = sum->mperf/num_cpus;
 494         avg->pc2 = sum->pc2/num_cpus;
 495         avg->pc3 = sum->pc3/num_cpus;
 496         avg->pc6 = sum->pc6/num_cpus;
 497         avg->pc7 = sum->pc7/num_cpus;
 498
 499         free(sum);
 500 }
 501
 502 int get_counters(struct counters *cnt)
 503 {
 504         for ( ; cnt; cnt = cnt->next) {
 505
 506                 if (cpu_migrate(cnt->cpu))
 507                         return -1;
 508
 509                 if (get_msr(cnt->cpu, MSR_TSC, &cnt->tsc))
 510                         return -1;
 511
 512                 if (has_aperf) {
 513                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_APERF, &cnt->aperf))
 514                                 return -1;
 515                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_MPERF, &cnt->mperf))
 516                                 return -1;
 517                 }
 518
 519                 if (do_nhm_cstates) {
 520                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C3_RESIDENCY, &cnt->c3))
 521                                 return -1;
 522                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C6_RESIDENCY, &cnt->c6))
 523                                 return -1;
 524                 }
 525
 526                 if (do_snb_cstates)
 527                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C7_RESIDENCY, &cnt->c7))
 528                                 return -1;
 529
 530                 if (do_nhm_cstates) {
 531                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C3_RESIDENCY, &cnt->pc3))
 532                                 return -1;
 533                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C6_RESIDENCY, &cnt->pc6))
 534                                 return -1;
 535                 }
 536                 if (do_snb_cstates) {
 537                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C2_RESIDENCY, &cnt->pc2))
 538                                 return -1;
 539                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C7_RESIDENCY, &cnt->pc7))
 540                                 return -1;
 541                 }
 542                 if (extra_msr_offset)
 543                         if (get_msr(cnt->cpu, extra_msr_offset, &cnt->extra_msr))
 544                                 return -1;
 545         }
 546         return 0;
 547 }
 548
 549 void print_nehalem_info(void)
 550 {
 551         unsigned long long msr;
 552         unsigned int ratio;
 553
 554         if (!do_nehalem_platform_info)
 555                 return;
 556
 557         get_msr(0, MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO, &msr);
 558
 559         ratio = (msr >> 40) & 0xFF;
 560         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max efficiency\n",
 561                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 562
 563         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 564         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz TSC frequency\n",
 565                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 566
 567         if (verbose > 1)
 568                 fprintf(stderr, "MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO: 0x%llx\n", msr);
 569
 570         if (!do_nehalem_turbo_ratio_limit)
 571                 return;
 572
 573         get_msr(0, MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT, &msr);
 574
 575         ratio = (msr >> 24) & 0xFF;
 576         if (ratio)
 577                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 4 active cores\n",
 578                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 579
 580         ratio = (msr >> 16) & 0xFF;
 581         if (ratio)
 582                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 3 active cores\n",
 583                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 584
 585         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 586         if (ratio)
 587                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 2 active cores\n",
 588                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 589
 590         ratio = (msr >> 0) & 0xFF;
 591         if (ratio)
 592                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 1 active cores\n",
 593                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 594
 595 }
 596
 597 void free_counter_list(struct counters *list)
 598 {
 599         struct counters *p;
 600
 601         for (p = list; p; ) {
 602                 struct counters *free_me;
 603
 604                 free_me = p;
 605                 p = p->next;
 606                 free(free_me);
 607         }
 608 }
 609
 610 void free_all_counters(void)
 611 {
 612         free_counter_list(cnt_even);
 613         cnt_even = NULL;
 614
 615         free_counter_list(cnt_odd);
 616         cnt_odd = NULL;
 617
 618         free_counter_list(cnt_delta);
 619         cnt_delta = NULL;
 620
 621         free_counter_list(cnt_average);
 622         cnt_average = NULL;
 623 }
 624
 625 void insert_counters(struct counters **list,
 626         struct counters *new)
 627 {
 628         struct counters *prev;
 629
 630         /*
 631          * list was empty
 632          */
 633         if (*list == NULL) {
 634                 new->next = *list;
 635                 *list = new;
 636                 return;
 637         }
 638
 639         if (!summary_only)
 640                 show_cpu = 1;   /* there is more than one CPU */
 641
 642         /*
 643          * insert on front of list.
 644          * It is sorted by ascending package#, core#, cpu#
 645          */
 646         if (((*list)->pkg > new->pkg) ||
 647             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core > new->core)) ||
 648             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core == new->core) && ((*list)->cpu > new->cpu))) {
 649                 new->next = *list;
 650                 *list = new;
 651                 return;
 652         }
 653
 654         prev = *list;
 655
 656         while (prev->next && (prev->next->pkg < new->pkg)) {
 657                 prev = prev->next;
 658                 if (!summary_only)
 659                         show_pkg = 1;   /* there is more than 1 package */
 660         }
 661
 662         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 663                 && (prev->next->core < new->core)) {
 664                 prev = prev->next;
 665                 if (!summary_only)
 666                         show_core = 1;  /* there is more than 1 core */
 667         }
 668
 669         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 670                 && (prev->next->core == new->core)
 671                 && (prev->next->cpu < new->cpu)) {
 672                 prev = prev->next;
 673         }
 674
 675         /*
 676          * insert after "prev"
 677          */
 678         new->next = prev->next;
 679         prev->next = new;
 680 }
 681
 682 void alloc_new_counters(int pkg, int core, int cpu)
 683 {
 684         struct counters *new;
 685
 686         if (verbose > 1)
 687                 printf("pkg%d core%d, cpu%d\n", pkg, core, cpu);
 688
 689         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 690         if (new == NULL) {
 691                 perror("calloc");
 692                 exit(1);
 693         }
 694         new->pkg = pkg;
 695         new->core = core;
 696         new->cpu = cpu;
 697         insert_counters(&cnt_odd, new);
 698
 699         new = (struct counters *)calloc(1,
 700                 sizeof(struct counters));
 701         if (new == NULL) {
 702                 perror("calloc");
 703                 exit(1);
 704         }
 705         new->pkg = pkg;
 706         new->core = core;
 707         new->cpu = cpu;
 708         insert_counters(&cnt_even, new);
 709
 710         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 711         if (new == NULL) {
 712                 perror("calloc");
 713                 exit(1);
 714         }
 715         new->pkg = pkg;
 716         new->core = core;
 717         new->cpu = cpu;
 718         insert_counters(&cnt_delta, new);
 719
 720         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 721         if (new == NULL) {
 722                 perror("calloc");
 723                 exit(1);
 724         }
 725         new->pkg = pkg;
 726         new->core = core;
 727         new->cpu = cpu;
 728         cnt_average = new;
 729 }
 730
 731 int get_physical_package_id(int cpu)
 732 {
 733         char path[64];
 734         FILE *filep;
 735         int pkg;
 736
 737         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/physical_package_id", cpu);
 738         filep = fopen(path, "r");
 739         if (filep == NULL) {
 740                 perror(path);
 741                 exit(1);
 742         }
 743         fscanf(filep, "%d", &pkg);
 744         fclose(filep);
 745         return pkg;
 746 }
 747
 748 int get_core_id(int cpu)
 749 {
 750         char path[64];
 751         FILE *filep;
 752         int core;
 753
 754         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/core_id", cpu);
 755         filep = fopen(path, "r");
 756         if (filep == NULL) {
 757                 perror(path);
 758                 exit(1);
 759         }
 760         fscanf(filep, "%d", &core);
 761         fclose(filep);
 762         return core;
 763 }
 764
 765 /*
 766  * run func(pkg, core, cpu) on every cpu in /proc/stat
 767  */
 768
 769 int for_all_cpus(void (func)(int, int, int))
 770 {
 771         FILE *fp;
 772         int cpu_count;
 773         int retval;
 774
 775         fp = fopen(proc_stat, "r");
 776         if (fp == NULL) {
 777                 perror(proc_stat);
 778                 exit(1);
 779         }
 780
 781         retval = fscanf(fp, "cpu %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n");
 782         if (retval != 0) {
 783                 perror("/proc/stat format");
 784                 exit(1);
 785         }
 786
 787         for (cpu_count = 0; ; cpu_count++) {
 788                 int cpu;
 789
 790                 retval = fscanf(fp, "cpu%u %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n", &cpu);
 791                 if (retval != 1)
 792                         break;
 793
 794                 func(get_physical_package_id(cpu), get_core_id(cpu), cpu);
 795         }
 796         fclose(fp);
 797         return cpu_count;
 798 }
 799
 800 void re_initialize(void)
 801 {
 802         free_all_counters();
 803         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
 804         cpu_mask_uninit();
 805         cpu_mask_init(num_cpus);
 806         printf("turbostat: re-initialized with num_cpus %d\n", num_cpus);
 807 }
 808
 809 void dummy(int pkg, int core, int cpu) { return; }
 810 /*
 811  * check to see if a cpu came on-line
 812  */
 813 int verify_num_cpus(void)
 814 {
 815         int new_num_cpus;
 816
 817         new_num_cpus = for_all_cpus(dummy);
 818
 819         if (new_num_cpus != num_cpus) {
 820                 if (verbose)
 821                         printf("num_cpus was %d, is now  %d\n",
 822                                 num_cpus, new_num_cpus);
 823                 return -1;
 824         }
 825         return 0;
 826 }
 827
 828 void turbostat_loop()
 829 {
 830 restart:
 831         get_counters(cnt_even);
 832         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 833
 834         while (1) {
 835                 if (verify_num_cpus()) {
 836                         re_initialize();
 837                         goto restart;
 838                 }
 839                 sleep(interval_sec);
 840                 if (get_counters(cnt_odd)) {
 841                         re_initialize();
 842                         goto restart;
 843                 }
 844                 gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
 845                 compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
 846                 timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
 847                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 848                 print_counters(cnt_delta);
 849                 sleep(interval_sec);
 850                 if (get_counters(cnt_even)) {
 851                         re_initialize();
 852                         goto restart;
 853                 }
 854                 gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 855                 compute_delta(cnt_even, cnt_odd, cnt_delta);
 856                 timersub(&tv_even, &tv_odd, &tv_delta);
 857                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 858                 print_counters(cnt_delta);
 859         }
 860 }
 861
 862 void check_dev_msr()
 863 {
 864         struct stat sb;
 865
 866         if (stat("/dev/cpu/0/msr", &sb)) {
 867                 fprintf(stderr, "no /dev/cpu/0/msr\n");
 868                 fprintf(stderr, "Try \"# modprobe msr\"\n");
 869                 exit(-5);
 870         }
 871 }
 872
 873 void check_super_user()
 874 {
 875         if (getuid() != 0) {
 876                 fprintf(stderr, "must be root\n");
 877                 exit(-6);
 878         }
 879 }
 880
 881 int has_nehalem_turbo_ratio_limit(unsigned int family, unsigned int model)
 882 {
 883         if (!genuine_intel)
 884                 return 0;
 885
 886         if (family != 6)
 887                 return 0;
 888
 889         switch (model) {
 890         case 0x1A:      /* Core i7, Xeon 5500 series - Bloomfield, Gainstown NHM-EP */
 891         case 0x1E:      /* Core i7 and i5 Processor - Clarksfield, Lynnfield, Jasper Forest */
 892         case 0x1F:      /* Core i7 and i5 Processor - Nehalem */
 893         case 0x25:      /* Westmere Client - Clarkdale, Arrandale */
 894         case 0x2C:      /* Westmere EP - Gulftown */
 895         case 0x2A:      /* SNB */
 896         case 0x2D:      /* SNB Xeon */
 897         case 0x3A:      /* IVB */
 898         case 0x3D:      /* IVB Xeon */
 899                 return 1;
 900         case 0x2E:      /* Nehalem-EX Xeon - Beckton */
 901         case 0x2F:      /* Westmere-EX Xeon - Eagleton */
 902         default:
 903                 return 0;
 904         }
 905 }
 906
 907 int is_snb(unsigned int family, unsigned int model)
 908 {
 909         if (!genuine_intel)
 910                 return 0;
 911
 912         switch (model) {
 913         case 0x2A:
 914         case 0x2D:
 915                 return 1;
 916         }
 917         return 0;
 918 }
 919
 920 double discover_bclk(unsigned int family, unsigned int model)
 921 {
 922         if (is_snb(family, model))
 923                 return 100.00;
 924         else
 925                 return 133.33;
 926 }
 927
 928 void check_cpuid()
 929 {
 930         unsigned int eax, ebx, ecx, edx, max_level;
 931         unsigned int fms, family, model, stepping;
 932
 933         eax = ebx = ecx = edx = 0;
 934
 935         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0));
 936
 937         if (ebx == 0x756e6547 && edx == 0x49656e69 && ecx == 0x6c65746e)
 938                 genuine_intel = 1;
 939
 940         if (verbose)
 941                 fprintf(stderr, "%.4s%.4s%.4s ",
 942                         (char *)&ebx, (char *)&edx, (char *)&ecx);
 943
 944         asm("cpuid" : "=a" (fms), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (1) : "ebx");
 945         family = (fms >> 8) & 0xf;
 946         model = (fms >> 4) & 0xf;
 947         stepping = fms & 0xf;
 948         if (family == 6 || family == 0xf)
 949                 model += ((fms >> 16) & 0xf) << 4;
 950
 951         if (verbose)
 952                 fprintf(stderr, "%d CPUID levels; family:model:stepping 0x%x:%x:%x (%d:%d:%d)\n",
 953                         max_level, family, model, stepping, family, model, stepping);
 954
 955         if (!(edx & (1 << 5))) {
 956                 fprintf(stderr, "CPUID: no MSR\n");
 957                 exit(1);
 958         }
 959
 960         /*
 961          * check max extended function levels of CPUID.
 962          * This is needed to check for invariant TSC.
 963          * This check is valid for both Intel and AMD.
 964          */
 965         ebx = ecx = edx = 0;
 966         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000000));
 967
 968         if (max_level < 0x80000007) {
 969                 fprintf(stderr, "CPUID: no invariant TSC (max_level 0x%x)\n", max_level);
 970                 exit(1);
 971         }
 972
 973         /*
 974          * Non-Stop TSC is advertised by CPUID.EAX=0x80000007: EDX.bit8
 975          * this check is valid for both Intel and AMD
 976          */
 977         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000007));
 978         has_invariant_tsc = edx & (1 << 8);
 979
 980         if (!has_invariant_tsc) {
 981                 fprintf(stderr, "No invariant TSC\n");
 982                 exit(1);
 983         }
 984
 985         /*
 986          * APERF/MPERF is advertised by CPUID.EAX=0x6: ECX.bit0
 987          * this check is valid for both Intel and AMD
 988          */
 989
 990         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x6));
 991         has_aperf = ecx & (1 << 0);
 992         if (!has_aperf) {
 993                 fprintf(stderr, "No APERF MSR\n");
 994                 exit(1);
 995         }
 996
 997         do_nehalem_platform_info = genuine_intel && has_invariant_tsc;
 998         do_nhm_cstates = genuine_intel; /* all Intel w/ non-stop TSC have NHM counters */
 999         do_snb_cstates = is_snb(family, model);
1000         bclk = discover_bclk(family, model);
1001
1002         do_nehalem_turbo_ratio_limit = has_nehalem_turbo_ratio_limit(family, model);
1003 }
1004
1005
1006 void usage()
1007 {
1008         fprintf(stderr, "%s: [-v] [-M MSR#] [-i interval_sec | command ...]\n",
1009                 progname);
1010         exit(1);
1011 }
1012
1013
1014 /*
1015  * in /dev/cpu/ return success for names that are numbers
1016  * ie. filter out ".", "..", "microcode".
1017  */
1018 int dir_filter(const struct dirent *dirp)
1019 {
1020         if (isdigit(dirp->d_name[0]))
1021                 return 1;
1022         else
1023                 return 0;
1024 }
1025
1026 int open_dev_cpu_msr(int dummy1)
1027 {
1028         return 0;
1029 }
1030
1031 void turbostat_init()
1032 {
1033         check_cpuid();
1034
1035         check_dev_msr();
1036         check_super_user();
1037
1038         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
1039         cpu_mask_init(num_cpus);
1040
1041         if (verbose)
1042                 print_nehalem_info();
1043 }
1044
1045 int fork_it(char **argv)
1046 {
1047         int retval;
1048         pid_t child_pid;
1049         get_counters(cnt_even);
1050         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
1051
1052         child_pid = fork();
1053         if (!child_pid) {
1054                 /* child */
1055                 execvp(argv[0], argv);
1056         } else {
1057                 int status;
1058
1059                 /* parent */
1060                 if (child_pid == -1) {
1061                         perror("fork");
1062                         exit(1);
1063                 }
1064
1065                 signal(SIGINT, SIG_IGN);
1066                 signal(SIGQUIT, SIG_IGN);
1067                 if (waitpid(child_pid, &status, 0) == -1) {
1068                         perror("wait");
1069                         exit(1);
1070                 }
1071         }
1072         get_counters(cnt_odd);
1073         gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
1074         retval = compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
1075
1076         timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
1077         compute_average(cnt_delta, cnt_average);
1078         if (!retval)
1079                 print_counters(cnt_delta);
1080
1081         fprintf(stderr, "%.6f sec\n", tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0);
1082
1083         return 0;
1084 }
1085
1086 void cmdline(int argc, char **argv)
1087 {
1088         int opt;
1089
1090         progname = argv[0];
1091
1092         while ((opt = getopt(argc, argv, "+svi:M:")) != -1) {
1093                 switch (opt) {
1094                 case 's':
1095                         summary_only++;
1096                         break;
1097                 case 'v':
1098                         verbose++;
1099                         break;
1100                 case 'i':
1101                         interval_sec = atoi(optarg);
1102                         break;
1103                 case 'M':
1104                         sscanf(optarg, "%x", &extra_msr_offset);
1105                         if (verbose > 1)
1106                                 fprintf(stderr, "MSR 0x%X\n", extra_msr_offset);
1107                         break;
1108                 default:
1109                         usage();
1110                 }
1111         }
1112 }
1113
1114 int main(int argc, char **argv)
1115 {
1116         cmdline(argc, argv);
1117
1118         if (verbose > 1)
1119                 fprintf(stderr, "turbostat Dec 6, 2010"
1120                         " - Len Brown <lenb@kernel.org>\n");
1121         if (verbose > 1)
1122                 fprintf(stderr, "http://userweb.kernel.org/~lenb/acpi/utils/pmtools/turbostat/\n");
1123
1124         turbostat_init();
1125
1126         /*
1127          * if any params left, it must be a command to fork
1128          */
1129         if (argc - optind)
1130                 return fork_it(argv + optind);
1131         else
1132                 turbostat_loop();
1133
1134         return 0;
1135 }