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