kernel/time/tick-sched.c

   1 /*
   2  *  linux/kernel/time/tick-sched.c
   3  *
   4  *  Copyright(C) 2005-2006, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   5  *  Copyright(C) 2005-2007, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   6  *  Copyright(C) 2006-2007  Timesys Corp., Thomas Gleixner
   7  *
   8  *  No idle tick implementation for low and high resolution timers
   9  *
  10  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
  11  *
  12  *  For licencing details see kernel-base/COPYING
  13  */
  14 #include <linux/cpu.h>
  15 #include <linux/err.h>
  16 #include <linux/hrtimer.h>
  17 #include <linux/interrupt.h>
  18 #include <linux/kernel_stat.h>
  19 #include <linux/percpu.h>
  20 #include <linux/profile.h>
  21 #include <linux/sched.h>
  22 #include <linux/tick.h>
  23
  24 #include <asm/irq_regs.h>
  25
  26 #include "tick-internal.h"
  27
  28 /*
  29  * Per cpu nohz control structure
  30  */
  31 static DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
  32
  33 /*
  34  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by xtime_lock.
  35  */
  36 static ktime_t last_jiffies_update;
  37
  38 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
  39 {
  40         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
  41 }
  42
  43 /*
  44  * Must be called with interrupts disabled !
  45  */
  46 static void tick_do_update_jiffies64(ktime_t now)
  47 {
  48         unsigned long ticks = 0;
  49         ktime_t delta;
  50
  51         /* Reevalute with xtime_lock held */
  52         write_seqlock(&xtime_lock);
  53
  54         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
  55         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
  56
  57                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
  58                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
  59                                                 tick_period);
  60
  61                 /* Slow path for long timeouts */
  62                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
  63                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
  64
  65                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
  66
  67                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
  68                                                            incr * ticks);
  69                 }
  70                 do_timer(++ticks);
  71         }
  72         write_sequnlock(&xtime_lock);
  73 }
  74
  75 /*
  76  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
  77  */
  78 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
  79 {
  80         ktime_t period;
  81
  82         write_seqlock(&xtime_lock);
  83         /* Did we start the jiffies update yet ? */
  84         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
  85                 last_jiffies_update = tick_next_period;
  86         period = last_jiffies_update;
  87         write_sequnlock(&xtime_lock);
  88         return period;
  89 }
  90
  91 /*
  92  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
  93  */
  94 #ifdef CONFIG_NO_HZ
  95 /*
  96  * NO HZ enabled ?
  97  */
  98 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
  99
 100 /*
 101  * Enable / Disable tickless mode
 102  */
 103 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 104 {
 105         if (!strcmp(str, "off"))
 106                 tick_nohz_enabled = 0;
 107         else if (!strcmp(str, "on"))
 108                 tick_nohz_enabled = 1;
 109         else
 110                 return 0;
 111         return 1;
 112 }
 113
 114 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 115
 116 /**
 117  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 118  *
 119  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 120  *
 121  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 122  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 123  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
 124  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
 125  */
 126 void tick_nohz_update_jiffies(void)
 127 {
 128         int cpu = smp_processor_id();
 129         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 130         unsigned long flags;
 131         ktime_t now;
 132
 133         if (!ts->tick_stopped)
 134                 return;
 135
 136         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 137         now = ktime_get();
 138
 139         local_irq_save(flags);
 140         tick_do_update_jiffies64(now);
 141         local_irq_restore(flags);
 142 }
 143
 144 /**
 145  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
 146  *
 147  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 148  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
 149  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
 150  */
 151 void tick_nohz_stop_sched_tick(void)
 152 {
 153         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
 154         struct tick_sched *ts;
 155         ktime_t last_update, expires, now, delta;
 156         int cpu;
 157
 158         local_irq_save(flags);
 159
 160         cpu = smp_processor_id();
 161         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 162
 163         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
 164                 goto end;
 165
 166         if (need_resched())
 167                 goto end;
 168
 169         cpu = smp_processor_id();
 170         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
 171                 static int ratelimit;
 172
 173                 if (ratelimit < 10) {
 174                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 175                                local_softirq_pending());
 176                         ratelimit++;
 177                 }
 178         }
 179
 180         now = ktime_get();
 181         /*
 182          * When called from irq_exit we need to account the idle sleep time
 183          * correctly.
 184          */
 185         if (ts->tick_stopped) {
 186                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 187                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 188         }
 189
 190         ts->idle_entrytime = now;
 191         ts->idle_calls++;
 192
 193         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 194         do {
 195                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
 196                 last_update = last_jiffies_update;
 197                 last_jiffies = jiffies;
 198         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
 199
 200         /* Get the next timer wheel timer */
 201         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 202         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 203
 204         if (rcu_needs_cpu(cpu))
 205                 delta_jiffies = 1;
 206         /*
 207          * Do not stop the tick, if we are only one off
 208          * or if the cpu is required for rcu
 209          */
 210         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
 211                 goto out;
 212
 213         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 214         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 215
 216                 if (delta_jiffies > 1)
 217                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
 218                 /*
 219                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 220                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 221                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 222                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 223                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 224                  */
 225                 if (!ts->tick_stopped) {
 226                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
 227                                 /*
 228                                  * sched tick not stopped!
 229                                  */
 230                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 231                                 goto out;
 232                         }
 233
 234                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
 235                         ts->tick_stopped = 1;
 236                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
 237                 }
 238
 239                 /*
 240                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 241                  * give up the assignment and let it be taken by the
 242                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 243                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 244                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 245                  * invoked.
 246                  */
 247                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 248                         tick_do_timer_cpu = -1;
 249
 250                 /*
 251                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 252                  * timer
 253                  */
 254                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
 255                                        delta_jiffies);
 256                 ts->idle_expires = expires;
 257                 ts->idle_sleeps++;
 258
 259                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 260                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 261                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 262                         /* Check, if the timer was already in the past */
 263                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 264                                 goto out;
 265                 } else if(!tick_program_event(expires, 0))
 266                                 goto out;
 267                 /*
 268                  * We are past the event already. So we crossed a
 269                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
 270                  * softirq.
 271                  */
 272                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
 273                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 274         }
 275         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
 276 out:
 277         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 278         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 279 end:
 280         local_irq_restore(flags);
 281 }
 282
 283 /**
 284  * nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
 285  *
 286  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 287  */
 288 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
 289 {
 290         int cpu = smp_processor_id();
 291         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 292         unsigned long ticks;
 293         ktime_t now, delta;
 294
 295         if (!ts->tick_stopped)
 296                 return;
 297
 298         /* Update jiffies first */
 299         now = ktime_get();
 300
 301         local_irq_disable();
 302         select_nohz_load_balancer(0);
 303         tick_do_update_jiffies64(now);
 304         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 305
 306         /* Account the idle time */
 307         delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 308         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 309
 310         /*
 311          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 312          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 313          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 314          */
 315         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 316         /*
 317          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 318          */
 319         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
 320                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 321                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
 322                                     jiffies_to_cputime(ticks));
 323                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 324         }
 325
 326         /*
 327          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 328          */
 329         ts->tick_stopped  = 0;
 330         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 331         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
 332
 333         while (1) {
 334                 /* Forward the time to expire in the future */
 335                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 336
 337                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 338                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
 339                                       ts->sched_timer.expires,
 340                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 341                         /* Check, if the timer was already in the past */
 342                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 343                                 break;
 344                 } else {
 345                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
 346                                 break;
 347                 }
 348                 /* Update jiffies and reread time */
 349                 tick_do_update_jiffies64(now);
 350                 now = ktime_get();
 351         }
 352         local_irq_enable();
 353 }
 354
 355 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 356 {
 357         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 358         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * The nohz low res interrupt handler
 363  */
 364 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 365 {
 366         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 367         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 368         int cpu = smp_processor_id();
 369         ktime_t now = ktime_get();
 370
 371         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 372
 373         /*
 374          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 375          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 376          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 377          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 378          * xtime_lock.
 379          */
 380         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 381                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 382
 383         /* Check, if the jiffies need an update */
 384         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 385                 tick_do_update_jiffies64(now);
 386
 387         /*
 388          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 389          * the watchdog as we might not schedule for a really long
 390          * time. This happens on complete idle SMP systems while
 391          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
 392          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
 393          * do when we go busy again does not account too much ticks.
 394          */
 395         if (ts->tick_stopped) {
 396                 touch_softlockup_watchdog();
 397                 ts->idle_jiffies++;
 398         }
 399
 400         update_process_times(user_mode(regs));
 401         profile_tick(CPU_PROFILING);
 402
 403         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 404         if (ts->tick_stopped)
 405                 return;
 406
 407         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
 408                 now = ktime_get();
 409                 tick_do_update_jiffies64(now);
 410         }
 411 }
 412
 413 /**
 414  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
 415  */
 416 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
 417 {
 418         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 419         ktime_t next;
 420
 421         if (!tick_nohz_enabled)
 422                 return;
 423
 424         local_irq_disable();
 425         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
 426                 local_irq_enable();
 427                 return;
 428         }
 429
 430         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
 431
 432         /*
 433          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
 434          * hrtimer_forward with the highres code.
 435          */
 436         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 437         /* Get the next period */
 438         next = tick_init_jiffy_update();
 439
 440         for (;;) {
 441                 ts->sched_timer.expires = next;
 442                 if (!tick_program_event(next, 0))
 443                         break;
 444                 next = ktime_add(next, tick_period);
 445         }
 446         local_irq_enable();
 447
 448         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
 449                smp_processor_id());
 450 }
 451
 452 #else
 453
 454 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
 455
 456 #endif /* NO_HZ */
 457
 458 /*
 459  * High resolution timer specific code
 460  */
 461 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 462 /*
 463  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code
 464  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
 465  */
 466 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
 467 {
 468         struct tick_sched *ts =
 469                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
 470         struct hrtimer_cpu_base *base = timer->base->cpu_base;
 471         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 472         ktime_t now = ktime_get();
 473         int cpu = smp_processor_id();
 474
 475 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 476         /*
 477          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 478          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 479          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 480          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 481          * xtime_lock.
 482          */
 483         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 484                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 485 #endif
 486
 487         /* Check, if the jiffies need an update */
 488         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 489                 tick_do_update_jiffies64(now);
 490
 491         /*
 492          * Do not call, when we are not in irq context and have
 493          * no valid regs pointer
 494          */
 495         if (regs) {
 496                 /*
 497                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 498                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
 499                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
 500                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
 501                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
 502                  * when we go busy again does not account too much ticks.
 503                  */
 504                 if (ts->tick_stopped) {
 505                         touch_softlockup_watchdog();
 506                         ts->idle_jiffies++;
 507                 }
 508                 /*
 509                  * update_process_times() might take tasklist_lock, hence
 510                  * drop the base lock. sched-tick hrtimers are per-CPU and
 511                  * never accessible by userspace APIs, so this is safe to do.
 512                  */
 513                 spin_unlock(&base->lock);
 514                 update_process_times(user_mode(regs));
 515                 profile_tick(CPU_PROFILING);
 516                 spin_lock(&base->lock);
 517         }
 518
 519         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 520         if (ts->tick_stopped)
 521                 return HRTIMER_NORESTART;
 522
 523         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
 524
 525         return HRTIMER_RESTART;
 526 }
 527
 528 /**
 529  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
 530  */
 531 void tick_setup_sched_timer(void)
 532 {
 533         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 534         ktime_t now = ktime_get();
 535
 536         /*
 537          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
 538          */
 539         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 540         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
 541         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
 542
 543         /* Get the next period */
 544         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
 545
 546         for (;;) {
 547                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 548                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
 549                               HRTIMER_MODE_ABS);
 550                 /* Check, if the timer was already in the past */
 551                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 552                         break;
 553                 now = ktime_get();
 554         }
 555
 556 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 557         if (tick_nohz_enabled)
 558                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
 559 #endif
 560 }
 561
 562 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
 563 {
 564         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 565
 566         if (ts->sched_timer.base)
 567                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 568         ts->tick_stopped = 0;
 569         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
 570 }
 571 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
 572
 573 /**
 574  * Async notification about clocksource changes
 575  */
 576 void tick_clock_notify(void)
 577 {
 578         int cpu;
 579
 580         for_each_possible_cpu(cpu)
 581                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
 582 }
 583
 584 /*
 585  * Async notification about clock event changes
 586  */
 587 void tick_oneshot_notify(void)
 588 {
 589         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 590
 591         set_bit(0, &ts->check_clocks);
 592 }
 593
 594 /**
 595  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
 596  *
 597  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
 598  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
 599  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
 600  * or runtime).
 601  */
 602 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
 603 {
 604         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 605
 606         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
 607                 return 0;
 608
 609         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
 610                 return 0;
 611
 612         if (!timekeeping_is_continuous() || !tick_is_oneshot_available())
 613                 return 0;
 614
 615         if (!allow_nohz)
 616                 return 1;
 617
 618         tick_nohz_switch_to_nohz();
 619         return 0;
 620 }