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                 printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 172                        local_softirq_pending());
 173
 174         now = ktime_get();
 175         /*
 176          * When called from irq_exit we need to account the idle sleep time
 177          * correctly.
 178          */
 179         if (ts->tick_stopped) {
 180                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 181                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 182         }
 183
 184         ts->idle_entrytime = now;
 185         ts->idle_calls++;
 186
 187         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 188         do {
 189                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
 190                 last_update = last_jiffies_update;
 191                 last_jiffies = jiffies;
 192         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
 193
 194         /* Get the next timer wheel timer */
 195         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 196         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 197
 198         if (rcu_needs_cpu(cpu))
 199                 delta_jiffies = 1;
 200         /*
 201          * Do not stop the tick, if we are only one off
 202          * or if the cpu is required for rcu
 203          */
 204         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
 205                 goto out;
 206
 207         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 208         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 209
 210                 if (delta_jiffies > 1)
 211                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
 212                 /*
 213                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 214                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 215                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 216                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 217                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 218                  */
 219                 if (!ts->tick_stopped) {
 220                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
 221                                 /*
 222                                  * sched tick not stopped!
 223                                  */
 224                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 225                                 goto out;
 226                         }
 227
 228                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
 229                         ts->tick_stopped = 1;
 230                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
 231                 }
 232
 233                 /*
 234                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 235                  * give up the assignment and let it be taken by the
 236                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 237                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 238                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 239                  * invoked.
 240                  */
 241                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 242                         tick_do_timer_cpu = -1;
 243
 244                 /*
 245                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 246                  * timer
 247                  */
 248                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
 249                                        delta_jiffies);
 250                 ts->idle_expires = expires;
 251                 ts->idle_sleeps++;
 252
 253                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 254                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 255                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 256                         /* Check, if the timer was already in the past */
 257                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 258                                 goto out;
 259                 } else if(!tick_program_event(expires, 0))
 260                                 goto out;
 261                 /*
 262                  * We are past the event already. So we crossed a
 263                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
 264                  * softirq.
 265                  */
 266                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
 267                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 268         }
 269         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
 270 out:
 271         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 272         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 273 end:
 274         local_irq_restore(flags);
 275 }
 276
 277 /**
 278  * nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
 279  *
 280  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 281  */
 282 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
 283 {
 284         int cpu = smp_processor_id();
 285         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 286         unsigned long ticks;
 287         ktime_t now, delta;
 288
 289         if (!ts->tick_stopped)
 290                 return;
 291
 292         /* Update jiffies first */
 293         now = ktime_get();
 294
 295         local_irq_disable();
 296         select_nohz_load_balancer(0);
 297         tick_do_update_jiffies64(now);
 298         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 299
 300         /* Account the idle time */
 301         delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 302         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 303
 304         /*
 305          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 306          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 307          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 308          */
 309         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 310         /*
 311          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 312          */
 313         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
 314                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 315                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
 316                                     jiffies_to_cputime(ticks));
 317                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 318         }
 319
 320         /*
 321          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 322          */
 323         ts->tick_stopped  = 0;
 324         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 325         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
 326
 327         while (1) {
 328                 /* Forward the time to expire in the future */
 329                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 330
 331                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 332                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
 333                                       ts->sched_timer.expires,
 334                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 335                         /* Check, if the timer was already in the past */
 336                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 337                                 break;
 338                 } else {
 339                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
 340                                 break;
 341                 }
 342                 /* Update jiffies and reread time */
 343                 tick_do_update_jiffies64(now);
 344                 now = ktime_get();
 345         }
 346         local_irq_enable();
 347 }
 348
 349 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 350 {
 351         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 352         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
 353 }
 354
 355 /*
 356  * The nohz low res interrupt handler
 357  */
 358 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 359 {
 360         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 361         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 362         int cpu = smp_processor_id();
 363         ktime_t now = ktime_get();
 364
 365         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 366
 367         /*
 368          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 369          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 370          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 371          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 372          * xtime_lock.
 373          */
 374         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 375                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 376
 377         /* Check, if the jiffies need an update */
 378         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 379                 tick_do_update_jiffies64(now);
 380
 381         /*
 382          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 383          * the watchdog as we might not schedule for a really long
 384          * time. This happens on complete idle SMP systems while
 385          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
 386          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
 387          * do when we go busy again does not account too much ticks.
 388          */
 389         if (ts->tick_stopped) {
 390                 touch_softlockup_watchdog();
 391                 ts->idle_jiffies++;
 392         }
 393
 394         update_process_times(user_mode(regs));
 395         profile_tick(CPU_PROFILING);
 396
 397         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 398         if (ts->tick_stopped)
 399                 return;
 400
 401         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
 402                 now = ktime_get();
 403                 tick_do_update_jiffies64(now);
 404         }
 405 }
 406
 407 /**
 408  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
 409  */
 410 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
 411 {
 412         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 413         ktime_t next;
 414
 415         if (!tick_nohz_enabled)
 416                 return;
 417
 418         local_irq_disable();
 419         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
 420                 local_irq_enable();
 421                 return;
 422         }
 423
 424         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
 425
 426         /*
 427          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
 428          * hrtimer_forward with the highres code.
 429          */
 430         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 431         /* Get the next period */
 432         next = tick_init_jiffy_update();
 433
 434         for (;;) {
 435                 ts->sched_timer.expires = next;
 436                 if (!tick_program_event(next, 0))
 437                         break;
 438                 next = ktime_add(next, tick_period);
 439         }
 440         local_irq_enable();
 441
 442         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
 443                smp_processor_id());
 444 }
 445
 446 #else
 447
 448 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
 449
 450 #endif /* NO_HZ */
 451
 452 /*
 453  * High resolution timer specific code
 454  */
 455 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 456 /*
 457  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code
 458  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
 459  */
 460 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
 461 {
 462         struct tick_sched *ts =
 463                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
 464         struct hrtimer_cpu_base *base = timer->base->cpu_base;
 465         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 466         ktime_t now = ktime_get();
 467         int cpu = smp_processor_id();
 468
 469 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 470         /*
 471          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 472          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 473          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 474          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 475          * xtime_lock.
 476          */
 477         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 478                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 479 #endif
 480
 481         /* Check, if the jiffies need an update */
 482         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 483                 tick_do_update_jiffies64(now);
 484
 485         /*
 486          * Do not call, when we are not in irq context and have
 487          * no valid regs pointer
 488          */
 489         if (regs) {
 490                 /*
 491                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 492                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
 493                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
 494                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
 495                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
 496                  * when we go busy again does not account too much ticks.
 497                  */
 498                 if (ts->tick_stopped) {
 499                         touch_softlockup_watchdog();
 500                         ts->idle_jiffies++;
 501                 }
 502                 /*
 503                  * update_process_times() might take tasklist_lock, hence
 504                  * drop the base lock. sched-tick hrtimers are per-CPU and
 505                  * never accessible by userspace APIs, so this is safe to do.
 506                  */
 507                 spin_unlock(&base->lock);
 508                 update_process_times(user_mode(regs));
 509                 profile_tick(CPU_PROFILING);
 510                 spin_lock(&base->lock);
 511         }
 512
 513         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 514         if (ts->tick_stopped)
 515                 return HRTIMER_NORESTART;
 516
 517         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
 518
 519         return HRTIMER_RESTART;
 520 }
 521
 522 /**
 523  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
 524  */
 525 void tick_setup_sched_timer(void)
 526 {
 527         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 528         ktime_t now = ktime_get();
 529
 530         /*
 531          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
 532          */
 533         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 534         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
 535         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
 536
 537         /* Get the next period */
 538         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
 539
 540         for (;;) {
 541                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 542                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
 543                               HRTIMER_MODE_ABS);
 544                 /* Check, if the timer was already in the past */
 545                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 546                         break;
 547                 now = ktime_get();
 548         }
 549
 550 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 551         if (tick_nohz_enabled)
 552                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
 553 #endif
 554 }
 555
 556 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
 557 {
 558         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 559
 560         if (ts->sched_timer.base)
 561                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 562         ts->tick_stopped = 0;
 563         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
 564 }
 565 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
 566
 567 /**
 568  * Async notification about clocksource changes
 569  */
 570 void tick_clock_notify(void)
 571 {
 572         int cpu;
 573
 574         for_each_possible_cpu(cpu)
 575                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
 576 }
 577
 578 /*
 579  * Async notification about clock event changes
 580  */
 581 void tick_oneshot_notify(void)
 582 {
 583         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 584
 585         set_bit(0, &ts->check_clocks);
 586 }
 587
 588 /**
 589  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
 590  *
 591  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
 592  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
 593  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
 594  * or runtime).
 595  */
 596 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
 597 {
 598         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 599
 600         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
 601                 return 0;
 602
 603         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
 604                 return 0;
 605
 606         if (!timekeeping_is_continuous() || !tick_is_oneshot_available())
 607                 return 0;
 608
 609         if (!allow_nohz)
 610                 return 1;
 611
 612         tick_nohz_switch_to_nohz();
 613         return 0;
 614 }