Merge tag 'irq-urgent-2024-03-17' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[sfrench/cifs-2.6.git] / kernel / time / timer_migration.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Infrastructure for migratable timers
4  *
5  * Copyright(C) 2022 linutronix GmbH
6  */
7 #include <linux/cpuhotplug.h>
8 #include <linux/slab.h>
9 #include <linux/smp.h>
10 #include <linux/spinlock.h>
11 #include <linux/timerqueue.h>
12 #include <trace/events/ipi.h>
13
14 #include "timer_migration.h"
15 #include "tick-internal.h"
16
17 #define CREATE_TRACE_POINTS
18 #include <trace/events/timer_migration.h>
19
20 /*
21  * The timer migration mechanism is built on a hierarchy of groups. The
22  * lowest level group contains CPUs, the next level groups of CPU groups
23  * and so forth. The CPU groups are kept per node so for the normal case
24  * lock contention won't happen across nodes. Depending on the number of
25  * CPUs per node even the next level might be kept as groups of CPU groups
26  * per node and only the levels above cross the node topology.
27  *
28  * Example topology for a two node system with 24 CPUs each.
29  *
30  * LVL 2                           [GRP2:0]
31  *                              GRP1:0 = GRP1:M
32  *
33  * LVL 1            [GRP1:0]                      [GRP1:1]
34  *               GRP0:0 - GRP0:2               GRP0:3 - GRP0:5
35  *
36  * LVL 0  [GRP0:0]  [GRP0:1]  [GRP0:2]  [GRP0:3]  [GRP0:4]  [GRP0:5]
37  * CPUS     0-7       8-15      16-23     24-31     32-39     40-47
38  *
39  * The groups hold a timer queue of events sorted by expiry time. These
40  * queues are updated when CPUs go in idle. When they come out of idle
41  * ignore flag of events is set.
42  *
43  * Each group has a designated migrator CPU/group as long as a CPU/group is
44  * active in the group. This designated role is necessary to avoid that all
45  * active CPUs in a group try to migrate expired timers from other CPUs,
46  * which would result in massive lock bouncing.
47  *
48  * When a CPU is awake, it checks in it's own timer tick the group
49  * hierarchy up to the point where it is assigned the migrator role or if
50  * no CPU is active, it also checks the groups where no migrator is set
51  * (TMIGR_NONE).
52  *
53  * If it finds expired timers in one of the group queues it pulls them over
54  * from the idle CPU and runs the timer function. After that it updates the
55  * group and the parent groups if required.
56  *
57  * CPUs which go idle arm their CPU local timer hardware for the next local
58  * (pinned) timer event. If the next migratable timer expires after the
59  * next local timer or the CPU has no migratable timer pending then the
60  * CPU does not queue an event in the LVL0 group. If the next migratable
61  * timer expires before the next local timer then the CPU queues that timer
62  * in the LVL0 group. In both cases the CPU marks itself idle in the LVL0
63  * group.
64  *
65  * When CPU comes out of idle and when a group has at least a single active
66  * child, the ignore flag of the tmigr_event is set. This indicates, that
67  * the event is ignored even if it is still enqueued in the parent groups
68  * timer queue. It will be removed when touching the timer queue the next
69  * time. This spares locking in active path as the lock protects (after
70  * setup) only event information. For more information about locking,
71  * please read the section "Locking rules".
72  *
73  * If the CPU is the migrator of the group then it delegates that role to
74  * the next active CPU in the group or sets migrator to TMIGR_NONE when
75  * there is no active CPU in the group. This delegation needs to be
76  * propagated up the hierarchy so hand over from other leaves can happen at
77  * all hierarchy levels w/o doing a search.
78  *
79  * When the last CPU in the system goes idle, then it drops all migrator
80  * duties up to the top level of the hierarchy (LVL2 in the example). It
81  * then has to make sure, that it arms it's own local hardware timer for
82  * the earliest event in the system.
83  *
84  *
85  * Lifetime rules:
86  * ---------------
87  *
88  * The groups are built up at init time or when CPUs come online. They are
89  * not destroyed when a group becomes empty due to offlining. The group
90  * just won't participate in the hierarchy management anymore. Destroying
91  * groups would result in interesting race conditions which would just make
92  * the whole mechanism slow and complex.
93  *
94  *
95  * Locking rules:
96  * --------------
97  *
98  * For setting up new groups and handling events it's required to lock both
99  * child and parent group. The lock ordering is always bottom up. This also
100  * includes the per CPU locks in struct tmigr_cpu. For updating the migrator and
101  * active CPU/group information atomic_try_cmpxchg() is used instead and only
102  * the per CPU tmigr_cpu->lock is held.
103  *
104  * During the setup of groups tmigr_level_list is required. It is protected by
105  * @tmigr_mutex.
106  *
107  * When @timer_base->lock as well as tmigr related locks are required, the lock
108  * ordering is: first @timer_base->lock, afterwards tmigr related locks.
109  *
110  *
111  * Protection of the tmigr group state information:
112  * ------------------------------------------------
113  *
114  * The state information with the list of active children and migrator needs to
115  * be protected by a sequence counter. It prevents a race when updates in child
116  * groups are propagated in changed order. The state update is performed
117  * lockless and group wise. The following scenario describes what happens
118  * without updating the sequence counter:
119  *
120  * Therefore, let's take three groups and four CPUs (CPU2 and CPU3 as well
121  * as GRP0:1 will not change during the scenario):
122  *
123  *    LVL 1            [GRP1:0]
124  *                     migrator = GRP0:1
125  *                     active   = GRP0:0, GRP0:1
126  *                   /                \
127  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
128  *           migrator = CPU0           migrator = CPU2
129  *           active   = CPU0           active   = CPU2
130  *              /         \                /         \
131  *    CPUs     0           1              2           3
132  *             active      idle           active      idle
133  *
134  *
135  * 1. CPU0 goes idle. As the update is performed group wise, in the first step
136  *    only GRP0:0 is updated. The update of GRP1:0 is pending as CPU0 has to
137  *    walk the hierarchy.
138  *
139  *    LVL 1            [GRP1:0]
140  *                     migrator = GRP0:1
141  *                     active   = GRP0:0, GRP0:1
142  *                   /                \
143  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
144  *       --> migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
145  *       --> active   =                active   = CPU2
146  *              /         \                /         \
147  *    CPUs     0           1              2           3
148  *         --> idle        idle           active      idle
149  *
150  * 2. While CPU0 goes idle and continues to update the state, CPU1 comes out of
151  *    idle. CPU1 updates GRP0:0. The update for GRP1:0 is pending as CPU1 also
152  *    has to walk the hierarchy. Both CPUs (CPU0 and CPU1) now walk the
153  *    hierarchy to perform the needed update from their point of view. The
154  *    currently visible state looks the following:
155  *
156  *    LVL 1            [GRP1:0]
157  *                     migrator = GRP0:1
158  *                     active   = GRP0:0, GRP0:1
159  *                   /                \
160  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
161  *       --> migrator = CPU1           migrator = CPU2
162  *       --> active   = CPU1           active   = CPU2
163  *              /         \                /         \
164  *    CPUs     0           1              2           3
165  *             idle    --> active         active      idle
166  *
167  * 3. Here is the race condition: CPU1 managed to propagate its changes (from
168  *    step 2) through the hierarchy to GRP1:0 before CPU0 (step 1) did. The
169  *    active members of GRP1:0 remain unchanged after the update since it is
170  *    still valid from CPU1 current point of view:
171  *
172  *    LVL 1            [GRP1:0]
173  *                 --> migrator = GRP0:1
174  *                 --> active   = GRP0:0, GRP0:1
175  *                   /                \
176  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
177  *           migrator = CPU1           migrator = CPU2
178  *           active   = CPU1           active   = CPU2
179  *              /         \                /         \
180  *    CPUs     0           1              2           3
181  *             idle        active         active      idle
182  *
183  * 4. Now CPU0 finally propagates its changes (from step 1) to GRP1:0.
184  *
185  *    LVL 1            [GRP1:0]
186  *                 --> migrator = GRP0:1
187  *                 --> active   = GRP0:1
188  *                   /                \
189  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
190  *           migrator = CPU1           migrator = CPU2
191  *           active   = CPU1           active   = CPU2
192  *              /         \                /         \
193  *    CPUs     0           1              2           3
194  *             idle        active         active      idle
195  *
196  *
197  * The race of CPU0 vs. CPU1 led to an inconsistent state in GRP1:0. CPU1 is
198  * active and is correctly listed as active in GRP0:0. However GRP1:0 does not
199  * have GRP0:0 listed as active, which is wrong. The sequence counter has been
200  * added to avoid inconsistent states during updates. The state is updated
201  * atomically only if all members, including the sequence counter, match the
202  * expected value (compare-and-exchange).
203  *
204  * Looking back at the previous example with the addition of the sequence
205  * counter: The update as performed by CPU0 in step 4 will fail. CPU1 changed
206  * the sequence number during the update in step 3 so the expected old value (as
207  * seen by CPU0 before starting the walk) does not match.
208  *
209  * Prevent race between new event and last CPU going inactive
210  * ----------------------------------------------------------
211  *
212  * When the last CPU is going idle and there is a concurrent update of a new
213  * first global timer of an idle CPU, the group and child states have to be read
214  * while holding the lock in tmigr_update_events(). The following scenario shows
215  * what happens, when this is not done.
216  *
217  * 1. Only CPU2 is active:
218  *
219  *    LVL 1            [GRP1:0]
220  *                     migrator = GRP0:1
221  *                     active   = GRP0:1
222  *                     next_expiry = KTIME_MAX
223  *                   /                \
224  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
225  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
226  *           active   =                active   = CPU2
227  *           next_expiry = KTIME_MAX   next_expiry = KTIME_MAX
228  *              /         \                /         \
229  *    CPUs     0           1              2           3
230  *             idle        idle           active      idle
231  *
232  * 2. Now CPU 2 goes idle (and has no global timer, that has to be handled) and
233  *    propagates that to GRP0:1:
234  *
235  *    LVL 1            [GRP1:0]
236  *                     migrator = GRP0:1
237  *                     active   = GRP0:1
238  *                     next_expiry = KTIME_MAX
239  *                   /                \
240  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
241  *           migrator = TMIGR_NONE --> migrator = TMIGR_NONE
242  *           active   =            --> active   =
243  *           next_expiry = KTIME_MAX   next_expiry = KTIME_MAX
244  *              /         \                /         \
245  *    CPUs     0           1              2           3
246  *             idle        idle       --> idle        idle
247  *
248  * 3. Now the idle state is propagated up to GRP1:0. As this is now the last
249  *    child going idle in top level group, the expiry of the next group event
250  *    has to be handed back to make sure no event is lost. As there is no event
251  *    enqueued, KTIME_MAX is handed back to CPU2.
252  *
253  *    LVL 1            [GRP1:0]
254  *                 --> migrator = TMIGR_NONE
255  *                 --> active   =
256  *                     next_expiry = KTIME_MAX
257  *                   /                \
258  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
259  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = TMIGR_NONE
260  *           active   =                active   =
261  *           next_expiry = KTIME_MAX   next_expiry = KTIME_MAX
262  *              /         \                /         \
263  *    CPUs     0           1              2           3
264  *             idle        idle       --> idle        idle
265  *
266  * 4. CPU 0 has a new timer queued from idle and it expires at TIMER0. CPU0
267  *    propagates that to GRP0:0:
268  *
269  *    LVL 1            [GRP1:0]
270  *                     migrator = TMIGR_NONE
271  *                     active   =
272  *                     next_expiry = KTIME_MAX
273  *                   /                \
274  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
275  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = TMIGR_NONE
276  *           active   =                active   =
277  *       --> next_expiry = TIMER0      next_expiry  = KTIME_MAX
278  *              /         \                /         \
279  *    CPUs     0           1              2           3
280  *             idle        idle           idle        idle
281  *
282  * 5. GRP0:0 is not active, so the new timer has to be propagated to
283  *    GRP1:0. Therefore the GRP1:0 state has to be read. When the stalled value
284  *    (from step 2) is read, the timer is enqueued into GRP1:0, but nothing is
285  *    handed back to CPU0, as it seems that there is still an active child in
286  *    top level group.
287  *
288  *    LVL 1            [GRP1:0]
289  *                     migrator = TMIGR_NONE
290  *                     active   =
291  *                 --> next_expiry = TIMER0
292  *                   /                \
293  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
294  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = TMIGR_NONE
295  *           active   =                active   =
296  *           next_expiry = TIMER0      next_expiry  = KTIME_MAX
297  *              /         \                /         \
298  *    CPUs     0           1              2           3
299  *             idle        idle           idle        idle
300  *
301  * This is prevented by reading the state when holding the lock (when a new
302  * timer has to be propagated from idle path)::
303  *
304  *   CPU2 (tmigr_inactive_up())          CPU0 (tmigr_new_timer_up())
305  *   --------------------------          ---------------------------
306  *   // step 3:
307  *   cmpxchg(&GRP1:0->state);
308  *   tmigr_update_events() {
309  *       spin_lock(&GRP1:0->lock);
310  *       // ... update events ...
311  *       // hand back first expiry when GRP1:0 is idle
312  *       spin_unlock(&GRP1:0->lock);
313  *       // ^^^ release state modification
314  *   }
315  *                                       tmigr_update_events() {
316  *                                           spin_lock(&GRP1:0->lock)
317  *                                           // ^^^ acquire state modification
318  *                                           group_state = atomic_read(&GRP1:0->state)
319  *                                           // .... update events ...
320  *                                           // hand back first expiry when GRP1:0 is idle
321  *                                           spin_unlock(&GRP1:0->lock) <3>
322  *                                           // ^^^ makes state visible for other
323  *                                           // callers of tmigr_new_timer_up()
324  *                                       }
325  *
326  * When CPU0 grabs the lock directly after cmpxchg, the first timer is reported
327  * back to CPU0 and also later on to CPU2. So no timer is missed. A concurrent
328  * update of the group state from active path is no problem, as the upcoming CPU
329  * will take care of the group events.
330  *
331  * Required event and timerqueue update after a remote expiry:
332  * -----------------------------------------------------------
333  *
334  * After expiring timers of a remote CPU, a walk through the hierarchy and
335  * update of events and timerqueues is required. It is obviously needed if there
336  * is a 'new' global timer but also if there is no new global timer but the
337  * remote CPU is still idle.
338  *
339  * 1. CPU0 and CPU1 are idle and have both a global timer expiring at the same
340  *    time. So both have an event enqueued in the timerqueue of GRP0:0. CPU3 is
341  *    also idle and has no global timer pending. CPU2 is the only active CPU and
342  *    thus also the migrator:
343  *
344  *    LVL 1            [GRP1:0]
345  *                     migrator = GRP0:1
346  *                     active   = GRP0:1
347  *                 --> timerqueue = evt-GRP0:0
348  *                   /                \
349  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
350  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
351  *           active   =                active   = CPU2
352  *           groupevt.ignore = false   groupevt.ignore = true
353  *           groupevt.cpu = CPU0       groupevt.cpu =
354  *           timerqueue = evt-CPU0,    timerqueue =
355  *                        evt-CPU1
356  *              /         \                /         \
357  *    CPUs     0           1              2           3
358  *             idle        idle           active      idle
359  *
360  * 2. CPU2 starts to expire remote timers. It starts with LVL0 group
361  *    GRP0:1. There is no event queued in the timerqueue, so CPU2 continues with
362  *    the parent of GRP0:1: GRP1:0. In GRP1:0 it dequeues the first event. It
363  *    looks at tmigr_event::cpu struct member and expires the pending timer(s)
364  *    of CPU0.
365  *
366  *    LVL 1            [GRP1:0]
367  *                     migrator = GRP0:1
368  *                     active   = GRP0:1
369  *                 --> timerqueue =
370  *                   /                \
371  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
372  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
373  *           active   =                active   = CPU2
374  *           groupevt.ignore = false   groupevt.ignore = true
375  *       --> groupevt.cpu = CPU0       groupevt.cpu =
376  *           timerqueue = evt-CPU0,    timerqueue =
377  *                        evt-CPU1
378  *              /         \                /         \
379  *    CPUs     0           1              2           3
380  *             idle        idle           active      idle
381  *
382  * 3. Some work has to be done after expiring the timers of CPU0. If we stop
383  *    here, then CPU1's pending global timer(s) will not expire in time and the
384  *    timerqueue of GRP0:0 has still an event for CPU0 enqueued which has just
385  *    been processed. So it is required to walk the hierarchy from CPU0's point
386  *    of view and update it accordingly. CPU0's event will be removed from the
387  *    timerqueue because it has no pending timer. If CPU0 would have a timer
388  *    pending then it has to expire after CPU1's first timer because all timers
389  *    from this period were just expired. Either way CPU1's event will be first
390  *    in GRP0:0's timerqueue and therefore set in the CPU field of the group
391  *    event which is then enqueued in GRP1:0's timerqueue as GRP0:0 is still not
392  *    active:
393  *
394  *    LVL 1            [GRP1:0]
395  *                     migrator = GRP0:1
396  *                     active   = GRP0:1
397  *                 --> timerqueue = evt-GRP0:0
398  *                   /                \
399  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
400  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
401  *           active   =                active   = CPU2
402  *           groupevt.ignore = false   groupevt.ignore = true
403  *       --> groupevt.cpu = CPU1       groupevt.cpu =
404  *       --> timerqueue = evt-CPU1     timerqueue =
405  *              /         \                /         \
406  *    CPUs     0           1              2           3
407  *             idle        idle           active      idle
408  *
409  * Now CPU2 (migrator) will continue step 2 at GRP1:0 and will expire the
410  * timer(s) of CPU1.
411  *
412  * The hierarchy walk in step 3 can be skipped if the migrator notices that a
413  * CPU of GRP0:0 is active again. The CPU will mark GRP0:0 active and take care
414  * of the group as migrator and any needed updates within the hierarchy.
415  */
416
417 static DEFINE_MUTEX(tmigr_mutex);
418 static struct list_head *tmigr_level_list __read_mostly;
419
420 static unsigned int tmigr_hierarchy_levels __read_mostly;
421 static unsigned int tmigr_crossnode_level __read_mostly;
422
423 static DEFINE_PER_CPU(struct tmigr_cpu, tmigr_cpu);
424
425 #define TMIGR_NONE      0xFF
426 #define BIT_CNT         8
427
428 static inline bool tmigr_is_not_available(struct tmigr_cpu *tmc)
429 {
430         return !(tmc->tmgroup && tmc->online);
431 }
432
433 /*
434  * Returns true, when @childmask corresponds to the group migrator or when the
435  * group is not active - so no migrator is set.
436  */
437 static bool tmigr_check_migrator(struct tmigr_group *group, u8 childmask)
438 {
439         union tmigr_state s;
440
441         s.state = atomic_read(&group->migr_state);
442
443         if ((s.migrator == childmask) || (s.migrator == TMIGR_NONE))
444                 return true;
445
446         return false;
447 }
448
449 static bool tmigr_check_migrator_and_lonely(struct tmigr_group *group, u8 childmask)
450 {
451         bool lonely, migrator = false;
452         unsigned long active;
453         union tmigr_state s;
454
455         s.state = atomic_read(&group->migr_state);
456
457         if ((s.migrator == childmask) || (s.migrator == TMIGR_NONE))
458                 migrator = true;
459
460         active = s.active;
461         lonely = bitmap_weight(&active, BIT_CNT) <= 1;
462
463         return (migrator && lonely);
464 }
465
466 static bool tmigr_check_lonely(struct tmigr_group *group)
467 {
468         unsigned long active;
469         union tmigr_state s;
470
471         s.state = atomic_read(&group->migr_state);
472
473         active = s.active;
474
475         return bitmap_weight(&active, BIT_CNT) <= 1;
476 }
477
478 typedef bool (*up_f)(struct tmigr_group *, struct tmigr_group *, void *);
479
480 static void __walk_groups(up_f up, void *data,
481                           struct tmigr_cpu *tmc)
482 {
483         struct tmigr_group *child = NULL, *group = tmc->tmgroup;
484
485         do {
486                 WARN_ON_ONCE(group->level >= tmigr_hierarchy_levels);
487
488                 if (up(group, child, data))
489                         break;
490
491                 child = group;
492                 group = group->parent;
493         } while (group);
494 }
495
496 static void walk_groups(up_f up, void *data, struct tmigr_cpu *tmc)
497 {
498         lockdep_assert_held(&tmc->lock);
499
500         __walk_groups(up, data, tmc);
501 }
502
503 /**
504  * struct tmigr_walk - data required for walking the hierarchy
505  * @nextexp:            Next CPU event expiry information which is handed into
506  *                      the timer migration code by the timer code
507  *                      (get_next_timer_interrupt())
508  * @firstexp:           Contains the first event expiry information when last
509  *                      active CPU of hierarchy is on the way to idle to make
510  *                      sure CPU will be back in time.
511  * @evt:                Pointer to tmigr_event which needs to be queued (of idle
512  *                      child group)
513  * @childmask:          childmask of child group
514  * @remote:             Is set, when the new timer path is executed in
515  *                      tmigr_handle_remote_cpu()
516  */
517 struct tmigr_walk {
518         u64                     nextexp;
519         u64                     firstexp;
520         struct tmigr_event      *evt;
521         u8                      childmask;
522         bool                    remote;
523 };
524
525 /**
526  * struct tmigr_remote_data - data required for remote expiry hierarchy walk
527  * @basej:              timer base in jiffies
528  * @now:                timer base monotonic
529  * @firstexp:           returns expiry of the first timer in the idle timer
530  *                      migration hierarchy to make sure the timer is handled in
531  *                      time; it is stored in the per CPU tmigr_cpu struct of
532  *                      CPU which expires remote timers
533  * @childmask:          childmask of child group
534  * @check:              is set if there is the need to handle remote timers;
535  *                      required in tmigr_requires_handle_remote() only
536  * @tmc_active:         this flag indicates, whether the CPU which triggers
537  *                      the hierarchy walk is !idle in the timer migration
538  *                      hierarchy. When the CPU is idle and the whole hierarchy is
539  *                      idle, only the first event of the top level has to be
540  *                      considered.
541  */
542 struct tmigr_remote_data {
543         unsigned long   basej;
544         u64             now;
545         u64             firstexp;
546         u8              childmask;
547         bool            check;
548         bool            tmc_active;
549 };
550
551 /*
552  * Returns the next event of the timerqueue @group->events
553  *
554  * Removes timers with ignore flag and update next_expiry of the group. Values
555  * of the group event are updated in tmigr_update_events() only.
556  */
557 static struct tmigr_event *tmigr_next_groupevt(struct tmigr_group *group)
558 {
559         struct timerqueue_node *node = NULL;
560         struct tmigr_event *evt = NULL;
561
562         lockdep_assert_held(&group->lock);
563
564         WRITE_ONCE(group->next_expiry, KTIME_MAX);
565
566         while ((node = timerqueue_getnext(&group->events))) {
567                 evt = container_of(node, struct tmigr_event, nextevt);
568
569                 if (!evt->ignore) {
570                         WRITE_ONCE(group->next_expiry, evt->nextevt.expires);
571                         return evt;
572                 }
573
574                 /*
575                  * Remove next timers with ignore flag, because the group lock
576                  * is held anyway
577                  */
578                 if (!timerqueue_del(&group->events, node))
579                         break;
580         }
581
582         return NULL;
583 }
584
585 /*
586  * Return the next event (with the expiry equal or before @now)
587  *
588  * Event, which is returned, is also removed from the queue.
589  */
590 static struct tmigr_event *tmigr_next_expired_groupevt(struct tmigr_group *group,
591                                                        u64 now)
592 {
593         struct tmigr_event *evt = tmigr_next_groupevt(group);
594
595         if (!evt || now < evt->nextevt.expires)
596                 return NULL;
597
598         /*
599          * The event is ready to expire. Remove it and update next group event.
600          */
601         timerqueue_del(&group->events, &evt->nextevt);
602         tmigr_next_groupevt(group);
603
604         return evt;
605 }
606
607 static u64 tmigr_next_groupevt_expires(struct tmigr_group *group)
608 {
609         struct tmigr_event *evt;
610
611         evt = tmigr_next_groupevt(group);
612
613         if (!evt)
614                 return KTIME_MAX;
615         else
616                 return evt->nextevt.expires;
617 }
618
619 static bool tmigr_active_up(struct tmigr_group *group,
620                             struct tmigr_group *child,
621                             void *ptr)
622 {
623         union tmigr_state curstate, newstate;
624         struct tmigr_walk *data = ptr;
625         bool walk_done;
626         u8 childmask;
627
628         childmask = data->childmask;
629         /*
630          * No memory barrier is required here in contrast to
631          * tmigr_inactive_up(), as the group state change does not depend on the
632          * child state.
633          */
634         curstate.state = atomic_read(&group->migr_state);
635
636         do {
637                 newstate = curstate;
638                 walk_done = true;
639
640                 if (newstate.migrator == TMIGR_NONE) {
641                         newstate.migrator = childmask;
642
643                         /* Changes need to be propagated */
644                         walk_done = false;
645                 }
646
647                 newstate.active |= childmask;
648                 newstate.seq++;
649
650         } while (!atomic_try_cmpxchg(&group->migr_state, &curstate.state, newstate.state));
651
652         if ((walk_done == false) && group->parent)
653                 data->childmask = group->childmask;
654
655         /*
656          * The group is active (again). The group event might be still queued
657          * into the parent group's timerqueue but can now be handled by the
658          * migrator of this group. Therefore the ignore flag for the group event
659          * is updated to reflect this.
660          *
661          * The update of the ignore flag in the active path is done lockless. In
662          * worst case the migrator of the parent group observes the change too
663          * late and expires remotely all events belonging to this group. The
664          * lock is held while updating the ignore flag in idle path. So this
665          * state change will not be lost.
666          */
667         group->groupevt.ignore = true;
668
669         trace_tmigr_group_set_cpu_active(group, newstate, childmask);
670
671         return walk_done;
672 }
673
674 static void __tmigr_cpu_activate(struct tmigr_cpu *tmc)
675 {
676         struct tmigr_walk data;
677
678         data.childmask = tmc->childmask;
679
680         trace_tmigr_cpu_active(tmc);
681
682         tmc->cpuevt.ignore = true;
683         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
684
685         walk_groups(&tmigr_active_up, &data, tmc);
686 }
687
688 /**
689  * tmigr_cpu_activate() - set this CPU active in timer migration hierarchy
690  *
691  * Call site timer_clear_idle() is called with interrupts disabled.
692  */
693 void tmigr_cpu_activate(void)
694 {
695         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
696
697         if (tmigr_is_not_available(tmc))
698                 return;
699
700         if (WARN_ON_ONCE(!tmc->idle))
701                 return;
702
703         raw_spin_lock(&tmc->lock);
704         tmc->idle = false;
705         __tmigr_cpu_activate(tmc);
706         raw_spin_unlock(&tmc->lock);
707 }
708
709 /*
710  * Returns true, if there is nothing to be propagated to the next level
711  *
712  * @data->firstexp is set to expiry of first gobal event of the (top level of
713  * the) hierarchy, but only when hierarchy is completely idle.
714  *
715  * The child and group states need to be read under the lock, to prevent a race
716  * against a concurrent tmigr_inactive_up() run when the last CPU goes idle. See
717  * also section "Prevent race between new event and last CPU going inactive" in
718  * the documentation at the top.
719  *
720  * This is the only place where the group event expiry value is set.
721  */
722 static
723 bool tmigr_update_events(struct tmigr_group *group, struct tmigr_group *child,
724                          struct tmigr_walk *data)
725 {
726         struct tmigr_event *evt, *first_childevt;
727         union tmigr_state childstate, groupstate;
728         bool remote = data->remote;
729         bool walk_done = false;
730         u64 nextexp;
731
732         if (child) {
733                 raw_spin_lock(&child->lock);
734                 raw_spin_lock_nested(&group->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
735
736                 childstate.state = atomic_read(&child->migr_state);
737                 groupstate.state = atomic_read(&group->migr_state);
738
739                 if (childstate.active) {
740                         walk_done = true;
741                         goto unlock;
742                 }
743
744                 first_childevt = tmigr_next_groupevt(child);
745                 nextexp = child->next_expiry;
746                 evt = &child->groupevt;
747
748                 evt->ignore = (nextexp == KTIME_MAX) ? true : false;
749         } else {
750                 nextexp = data->nextexp;
751
752                 first_childevt = evt = data->evt;
753
754                 raw_spin_lock(&group->lock);
755
756                 childstate.state = 0;
757                 groupstate.state = atomic_read(&group->migr_state);
758         }
759
760         /*
761          * If the child event is already queued in the group, remove it from the
762          * queue when the expiry time changed only or when it could be ignored.
763          */
764         if (timerqueue_node_queued(&evt->nextevt)) {
765                 if ((evt->nextevt.expires == nextexp) && !evt->ignore)
766                         goto check_toplvl;
767
768                 if (!timerqueue_del(&group->events, &evt->nextevt))
769                         WRITE_ONCE(group->next_expiry, KTIME_MAX);
770         }
771
772         if (evt->ignore) {
773                 /*
774                  * When the next child event could be ignored (nextexp is
775                  * KTIME_MAX) and there was no remote timer handling before or
776                  * the group is already active, there is no need to walk the
777                  * hierarchy even if there is a parent group.
778                  *
779                  * The other way round: even if the event could be ignored, but
780                  * if a remote timer handling was executed before and the group
781                  * is not active, walking the hierarchy is required to not miss
782                  * an enqueued timer in the non active group. The enqueued timer
783                  * of the group needs to be propagated to a higher level to
784                  * ensure it is handled.
785                  */
786                 if (!remote || groupstate.active)
787                         walk_done = true;
788         } else {
789                 evt->nextevt.expires = nextexp;
790                 evt->cpu = first_childevt->cpu;
791
792                 if (timerqueue_add(&group->events, &evt->nextevt))
793                         WRITE_ONCE(group->next_expiry, nextexp);
794         }
795
796 check_toplvl:
797         if (!group->parent && (groupstate.migrator == TMIGR_NONE)) {
798                 walk_done = true;
799
800                 /*
801                  * Nothing to do when update was done during remote timer
802                  * handling. First timer in top level group which needs to be
803                  * handled when top level group is not active, is calculated
804                  * directly in tmigr_handle_remote_up().
805                  */
806                 if (remote)
807                         goto unlock;
808
809                 /*
810                  * The top level group is idle and it has to be ensured the
811                  * global timers are handled in time. (This could be optimized
812                  * by keeping track of the last global scheduled event and only
813                  * arming it on the CPU if the new event is earlier. Not sure if
814                  * its worth the complexity.)
815                  */
816                 data->firstexp = tmigr_next_groupevt_expires(group);
817         }
818
819         trace_tmigr_update_events(child, group, childstate, groupstate,
820                                   nextexp);
821
822 unlock:
823         raw_spin_unlock(&group->lock);
824
825         if (child)
826                 raw_spin_unlock(&child->lock);
827
828         return walk_done;
829 }
830
831 static bool tmigr_new_timer_up(struct tmigr_group *group,
832                                struct tmigr_group *child,
833                                void *ptr)
834 {
835         struct tmigr_walk *data = ptr;
836
837         return tmigr_update_events(group, child, data);
838 }
839
840 /*
841  * Returns the expiry of the next timer that needs to be handled. KTIME_MAX is
842  * returned, if an active CPU will handle all the timer migration hierarchy
843  * timers.
844  */
845 static u64 tmigr_new_timer(struct tmigr_cpu *tmc, u64 nextexp)
846 {
847         struct tmigr_walk data = { .nextexp = nextexp,
848                                    .firstexp = KTIME_MAX,
849                                    .evt = &tmc->cpuevt };
850
851         lockdep_assert_held(&tmc->lock);
852
853         if (tmc->remote)
854                 return KTIME_MAX;
855
856         trace_tmigr_cpu_new_timer(tmc);
857
858         tmc->cpuevt.ignore = false;
859         data.remote = false;
860
861         walk_groups(&tmigr_new_timer_up, &data, tmc);
862
863         /* If there is a new first global event, make sure it is handled */
864         return data.firstexp;
865 }
866
867 static void tmigr_handle_remote_cpu(unsigned int cpu, u64 now,
868                                     unsigned long jif)
869 {
870         struct timer_events tevt;
871         struct tmigr_walk data;
872         struct tmigr_cpu *tmc;
873
874         tmc = per_cpu_ptr(&tmigr_cpu, cpu);
875
876         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
877
878         /*
879          * If the remote CPU is offline then the timers have been migrated to
880          * another CPU.
881          *
882          * If tmigr_cpu::remote is set, at the moment another CPU already
883          * expires the timers of the remote CPU.
884          *
885          * If tmigr_event::ignore is set, then the CPU returns from idle and
886          * takes care of its timers.
887          *
888          * If the next event expires in the future, then the event has been
889          * updated and there are no timers to expire right now. The CPU which
890          * updated the event takes care when hierarchy is completely
891          * idle. Otherwise the migrator does it as the event is enqueued.
892          */
893         if (!tmc->online || tmc->remote || tmc->cpuevt.ignore ||
894             now < tmc->cpuevt.nextevt.expires) {
895                 raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
896                 return;
897         }
898
899         trace_tmigr_handle_remote_cpu(tmc);
900
901         tmc->remote = true;
902         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
903
904         /* Drop the lock to allow the remote CPU to exit idle */
905         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
906
907         if (cpu != smp_processor_id())
908                 timer_expire_remote(cpu);
909
910         /*
911          * Lock ordering needs to be preserved - timer_base locks before tmigr
912          * related locks (see section "Locking rules" in the documentation at
913          * the top). During fetching the next timer interrupt, also tmc->lock
914          * needs to be held. Otherwise there is a possible race window against
915          * the CPU itself when it comes out of idle, updates the first timer in
916          * the hierarchy and goes back to idle.
917          *
918          * timer base locks are dropped as fast as possible: After checking
919          * whether the remote CPU went offline in the meantime and after
920          * fetching the next remote timer interrupt. Dropping the locks as fast
921          * as possible keeps the locking region small and prevents holding
922          * several (unnecessary) locks during walking the hierarchy for updating
923          * the timerqueue and group events.
924          */
925         local_irq_disable();
926         timer_lock_remote_bases(cpu);
927         raw_spin_lock(&tmc->lock);
928
929         /*
930          * When the CPU went offline in the meantime, no hierarchy walk has to
931          * be done for updating the queued events, because the walk was
932          * already done during marking the CPU offline in the hierarchy.
933          *
934          * When the CPU is no longer idle, the CPU takes care of the timers and
935          * also of the timers in the hierarchy.
936          *
937          * (See also section "Required event and timerqueue update after a
938          * remote expiry" in the documentation at the top)
939          */
940         if (!tmc->online || !tmc->idle) {
941                 timer_unlock_remote_bases(cpu);
942                 goto unlock;
943         }
944
945         /* next event of CPU */
946         fetch_next_timer_interrupt_remote(jif, now, &tevt, cpu);
947         timer_unlock_remote_bases(cpu);
948
949         data.nextexp = tevt.global;
950         data.firstexp = KTIME_MAX;
951         data.evt = &tmc->cpuevt;
952         data.remote = true;
953
954         /*
955          * The update is done even when there is no 'new' global timer pending
956          * on the remote CPU (see section "Required event and timerqueue update
957          * after a remote expiry" in the documentation at the top)
958          */
959         walk_groups(&tmigr_new_timer_up, &data, tmc);
960
961 unlock:
962         tmc->remote = false;
963         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
964 }
965
966 static bool tmigr_handle_remote_up(struct tmigr_group *group,
967                                    struct tmigr_group *child,
968                                    void *ptr)
969 {
970         struct tmigr_remote_data *data = ptr;
971         struct tmigr_event *evt;
972         unsigned long jif;
973         u8 childmask;
974         u64 now;
975
976         jif = data->basej;
977         now = data->now;
978
979         childmask = data->childmask;
980
981         trace_tmigr_handle_remote(group);
982 again:
983         /*
984          * Handle the group only if @childmask is the migrator or if the
985          * group has no migrator. Otherwise the group is active and is
986          * handled by its own migrator.
987          */
988         if (!tmigr_check_migrator(group, childmask))
989                 return true;
990
991         raw_spin_lock_irq(&group->lock);
992
993         evt = tmigr_next_expired_groupevt(group, now);
994
995         if (evt) {
996                 unsigned int remote_cpu = evt->cpu;
997
998                 raw_spin_unlock_irq(&group->lock);
999
1000                 tmigr_handle_remote_cpu(remote_cpu, now, jif);
1001
1002                 /* check if there is another event, that needs to be handled */
1003                 goto again;
1004         }
1005
1006         /*
1007          * Update of childmask for the next level and keep track of the expiry
1008          * of the first event that needs to be handled (group->next_expiry was
1009          * updated by tmigr_next_expired_groupevt(), next was set by
1010          * tmigr_handle_remote_cpu()).
1011          */
1012         data->childmask = group->childmask;
1013         data->firstexp = group->next_expiry;
1014
1015         raw_spin_unlock_irq(&group->lock);
1016
1017         return false;
1018 }
1019
1020 /**
1021  * tmigr_handle_remote() - Handle global timers of remote idle CPUs
1022  *
1023  * Called from the timer soft interrupt with interrupts enabled.
1024  */
1025 void tmigr_handle_remote(void)
1026 {
1027         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1028         struct tmigr_remote_data data;
1029
1030         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1031                 return;
1032
1033         data.childmask = tmc->childmask;
1034         data.firstexp = KTIME_MAX;
1035
1036         /*
1037          * NOTE: This is a doubled check because the migrator test will be done
1038          * in tmigr_handle_remote_up() anyway. Keep this check to speed up the
1039          * return when nothing has to be done.
1040          */
1041         if (!tmigr_check_migrator(tmc->tmgroup, tmc->childmask))
1042                 return;
1043
1044         data.now = get_jiffies_update(&data.basej);
1045
1046         /*
1047          * Update @tmc->wakeup only at the end and do not reset @tmc->wakeup to
1048          * KTIME_MAX. Even if tmc->lock is not held during the whole remote
1049          * handling, tmc->wakeup is fine to be stale as it is called in
1050          * interrupt context and tick_nohz_next_event() is executed in interrupt
1051          * exit path only after processing the last pending interrupt.
1052          */
1053
1054         __walk_groups(&tmigr_handle_remote_up, &data, tmc);
1055
1056         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
1057         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, data.firstexp);
1058         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1059 }
1060
1061 static bool tmigr_requires_handle_remote_up(struct tmigr_group *group,
1062                                             struct tmigr_group *child,
1063                                             void *ptr)
1064 {
1065         struct tmigr_remote_data *data = ptr;
1066         u8 childmask;
1067
1068         childmask = data->childmask;
1069
1070         /*
1071          * Handle the group only if the child is the migrator or if the group
1072          * has no migrator. Otherwise the group is active and is handled by its
1073          * own migrator.
1074          */
1075         if (!tmigr_check_migrator(group, childmask))
1076                 return true;
1077
1078         /*
1079          * When there is a parent group and the CPU which triggered the
1080          * hierarchy walk is not active, proceed the walk to reach the top level
1081          * group before reading the next_expiry value.
1082          */
1083         if (group->parent && !data->tmc_active)
1084                 goto out;
1085
1086         /*
1087          * The lock is required on 32bit architectures to read the variable
1088          * consistently with a concurrent writer. On 64bit the lock is not
1089          * required because the read operation is not split and so it is always
1090          * consistent.
1091          */
1092         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
1093                 data->firstexp = READ_ONCE(group->next_expiry);
1094                 if (data->now >= data->firstexp) {
1095                         data->check = true;
1096                         return true;
1097                 }
1098         } else {
1099                 raw_spin_lock(&group->lock);
1100                 data->firstexp = group->next_expiry;
1101                 if (data->now >= group->next_expiry) {
1102                         data->check = true;
1103                         raw_spin_unlock(&group->lock);
1104                         return true;
1105                 }
1106                 raw_spin_unlock(&group->lock);
1107         }
1108
1109 out:
1110         /* Update of childmask for the next level */
1111         data->childmask = group->childmask;
1112         return false;
1113 }
1114
1115 /**
1116  * tmigr_requires_handle_remote() - Check the need of remote timer handling
1117  *
1118  * Must be called with interrupts disabled.
1119  */
1120 bool tmigr_requires_handle_remote(void)
1121 {
1122         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1123         struct tmigr_remote_data data;
1124         unsigned long jif;
1125         bool ret = false;
1126
1127         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1128                 return ret;
1129
1130         data.now = get_jiffies_update(&jif);
1131         data.childmask = tmc->childmask;
1132         data.firstexp = KTIME_MAX;
1133         data.tmc_active = !tmc->idle;
1134         data.check = false;
1135
1136         /*
1137          * If the CPU is active, walk the hierarchy to check whether a remote
1138          * expiry is required.
1139          *
1140          * Check is done lockless as interrupts are disabled and @tmc->idle is
1141          * set only by the local CPU.
1142          */
1143         if (!tmc->idle) {
1144                 __walk_groups(&tmigr_requires_handle_remote_up, &data, tmc);
1145
1146                 return data.check;
1147         }
1148
1149         /*
1150          * When the CPU is idle, compare @tmc->wakeup with @data.now. The lock
1151          * is required on 32bit architectures to read the variable consistently
1152          * with a concurrent writer. On 64bit the lock is not required because
1153          * the read operation is not split and so it is always consistent.
1154          */
1155         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
1156                 if (data.now >= READ_ONCE(tmc->wakeup))
1157                         return true;
1158         } else {
1159                 raw_spin_lock(&tmc->lock);
1160                 if (data.now >= tmc->wakeup)
1161                         ret = true;
1162                 raw_spin_unlock(&tmc->lock);
1163         }
1164
1165         return ret;
1166 }
1167
1168 /**
1169  * tmigr_cpu_new_timer() - enqueue next global timer into hierarchy (idle tmc)
1170  * @nextexp:    Next expiry of global timer (or KTIME_MAX if not)
1171  *
1172  * The CPU is already deactivated in the timer migration
1173  * hierarchy. tick_nohz_get_sleep_length() calls tick_nohz_next_event()
1174  * and thereby the timer idle path is executed once more. @tmc->wakeup
1175  * holds the first timer, when the timer migration hierarchy is
1176  * completely idle.
1177  *
1178  * Returns the first timer that needs to be handled by this CPU or KTIME_MAX if
1179  * nothing needs to be done.
1180  */
1181 u64 tmigr_cpu_new_timer(u64 nextexp)
1182 {
1183         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1184         u64 ret;
1185
1186         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1187                 return nextexp;
1188
1189         raw_spin_lock(&tmc->lock);
1190
1191         ret = READ_ONCE(tmc->wakeup);
1192         if (nextexp != KTIME_MAX) {
1193                 if (nextexp != tmc->cpuevt.nextevt.expires ||
1194                     tmc->cpuevt.ignore) {
1195                         ret = tmigr_new_timer(tmc, nextexp);
1196                 }
1197         }
1198         /*
1199          * Make sure the reevaluation of timers in idle path will not miss an
1200          * event.
1201          */
1202         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, ret);
1203
1204         trace_tmigr_cpu_new_timer_idle(tmc, nextexp);
1205         raw_spin_unlock(&tmc->lock);
1206         return ret;
1207 }
1208
1209 static bool tmigr_inactive_up(struct tmigr_group *group,
1210                               struct tmigr_group *child,
1211                               void *ptr)
1212 {
1213         union tmigr_state curstate, newstate, childstate;
1214         struct tmigr_walk *data = ptr;
1215         bool walk_done;
1216         u8 childmask;
1217
1218         childmask = data->childmask;
1219         childstate.state = 0;
1220
1221         /*
1222          * The memory barrier is paired with the cmpxchg() in tmigr_active_up()
1223          * to make sure the updates of child and group states are ordered. The
1224          * ordering is mandatory, as the group state change depends on the child
1225          * state.
1226          */
1227         curstate.state = atomic_read_acquire(&group->migr_state);
1228
1229         for (;;) {
1230                 if (child)
1231                         childstate.state = atomic_read(&child->migr_state);
1232
1233                 newstate = curstate;
1234                 walk_done = true;
1235
1236                 /* Reset active bit when the child is no longer active */
1237                 if (!childstate.active)
1238                         newstate.active &= ~childmask;
1239
1240                 if (newstate.migrator == childmask) {
1241                         /*
1242                          * Find a new migrator for the group, because the child
1243                          * group is idle!
1244                          */
1245                         if (!childstate.active) {
1246                                 unsigned long new_migr_bit, active = newstate.active;
1247
1248                                 new_migr_bit = find_first_bit(&active, BIT_CNT);
1249
1250                                 if (new_migr_bit != BIT_CNT) {
1251                                         newstate.migrator = BIT(new_migr_bit);
1252                                 } else {
1253                                         newstate.migrator = TMIGR_NONE;
1254
1255                                         /* Changes need to be propagated */
1256                                         walk_done = false;
1257                                 }
1258                         }
1259                 }
1260
1261                 newstate.seq++;
1262
1263                 WARN_ON_ONCE((newstate.migrator != TMIGR_NONE) && !(newstate.active));
1264
1265                 if (atomic_try_cmpxchg(&group->migr_state, &curstate.state,
1266                                        newstate.state))
1267                         break;
1268
1269                 /*
1270                  * The memory barrier is paired with the cmpxchg() in
1271                  * tmigr_active_up() to make sure the updates of child and group
1272                  * states are ordered. It is required only when the above
1273                  * try_cmpxchg() fails.
1274                  */
1275                 smp_mb__after_atomic();
1276         }
1277
1278         data->remote = false;
1279
1280         /* Event Handling */
1281         tmigr_update_events(group, child, data);
1282
1283         if (group->parent && (walk_done == false))
1284                 data->childmask = group->childmask;
1285
1286         /*
1287          * data->firstexp was set by tmigr_update_events() and contains the
1288          * expiry of the first global event which needs to be handled. It
1289          * differs from KTIME_MAX if:
1290          * - group is the top level group and
1291          * - group is idle (which means CPU was the last active CPU in the
1292          *   hierarchy) and
1293          * - there is a pending event in the hierarchy
1294          */
1295         WARN_ON_ONCE(data->firstexp != KTIME_MAX && group->parent);
1296
1297         trace_tmigr_group_set_cpu_inactive(group, newstate, childmask);
1298
1299         return walk_done;
1300 }
1301
1302 static u64 __tmigr_cpu_deactivate(struct tmigr_cpu *tmc, u64 nextexp)
1303 {
1304         struct tmigr_walk data = { .nextexp = nextexp,
1305                                    .firstexp = KTIME_MAX,
1306                                    .evt = &tmc->cpuevt,
1307                                    .childmask = tmc->childmask };
1308
1309         /*
1310          * If nextexp is KTIME_MAX, the CPU event will be ignored because the
1311          * local timer expires before the global timer, no global timer is set
1312          * or CPU goes offline.
1313          */
1314         if (nextexp != KTIME_MAX)
1315                 tmc->cpuevt.ignore = false;
1316
1317         walk_groups(&tmigr_inactive_up, &data, tmc);
1318         return data.firstexp;
1319 }
1320
1321 /**
1322  * tmigr_cpu_deactivate() - Put current CPU into inactive state
1323  * @nextexp:    The next global timer expiry of the current CPU
1324  *
1325  * Must be called with interrupts disabled.
1326  *
1327  * Return: the next event expiry of the current CPU or the next event expiry
1328  * from the hierarchy if this CPU is the top level migrator or the hierarchy is
1329  * completely idle.
1330  */
1331 u64 tmigr_cpu_deactivate(u64 nextexp)
1332 {
1333         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1334         u64 ret;
1335
1336         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1337                 return nextexp;
1338
1339         raw_spin_lock(&tmc->lock);
1340
1341         ret = __tmigr_cpu_deactivate(tmc, nextexp);
1342
1343         tmc->idle = true;
1344
1345         /*
1346          * Make sure the reevaluation of timers in idle path will not miss an
1347          * event.
1348          */
1349         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, ret);
1350
1351         trace_tmigr_cpu_idle(tmc, nextexp);
1352         raw_spin_unlock(&tmc->lock);
1353         return ret;
1354 }
1355
1356 /**
1357  * tmigr_quick_check() - Quick forecast of next tmigr event when CPU wants to
1358  *                       go idle
1359  * @nextevt:    The next global timer expiry of the current CPU
1360  *
1361  * Return:
1362  * * KTIME_MAX          - when it is probable that nothing has to be done (not
1363  *                        the only one in the level 0 group; and if it is the
1364  *                        only one in level 0 group, but there are more than a
1365  *                        single group active on the way to top level)
1366  * * nextevt            - when CPU is offline and has to handle timer on his own
1367  *                        or when on the way to top in every group only a single
1368  *                        child is active but @nextevt is before the lowest
1369  *                        next_expiry encountered while walking up to top level.
1370  * * next_expiry        - value of lowest expiry encountered while walking groups
1371  *                        if only a single child is active on each and @nextevt
1372  *                        is after this lowest expiry.
1373  */
1374 u64 tmigr_quick_check(u64 nextevt)
1375 {
1376         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1377         struct tmigr_group *group = tmc->tmgroup;
1378
1379         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1380                 return nextevt;
1381
1382         if (WARN_ON_ONCE(tmc->idle))
1383                 return nextevt;
1384
1385         if (!tmigr_check_migrator_and_lonely(tmc->tmgroup, tmc->childmask))
1386                 return KTIME_MAX;
1387
1388         do {
1389                 if (!tmigr_check_lonely(group)) {
1390                         return KTIME_MAX;
1391                 } else {
1392                         /*
1393                          * Since current CPU is active, events may not be sorted
1394                          * from bottom to the top because the CPU's event is ignored
1395                          * up to the top and its sibling's events not propagated upwards.
1396                          * Thus keep track of the lowest observed expiry.
1397                          */
1398                         nextevt = min_t(u64, nextevt, READ_ONCE(group->next_expiry));
1399                         if (!group->parent)
1400                                 return nextevt;
1401                 }
1402                 group = group->parent;
1403         } while (group);
1404
1405         return KTIME_MAX;
1406 }
1407
1408 static void tmigr_init_group(struct tmigr_group *group, unsigned int lvl,
1409                              int node)
1410 {
1411         union tmigr_state s;
1412
1413         raw_spin_lock_init(&group->lock);
1414
1415         group->level = lvl;
1416         group->numa_node = lvl < tmigr_crossnode_level ? node : NUMA_NO_NODE;
1417
1418         group->num_children = 0;
1419
1420         s.migrator = TMIGR_NONE;
1421         s.active = 0;
1422         s.seq = 0;
1423         atomic_set(&group->migr_state, s.state);
1424
1425         timerqueue_init_head(&group->events);
1426         timerqueue_init(&group->groupevt.nextevt);
1427         group->groupevt.nextevt.expires = KTIME_MAX;
1428         WRITE_ONCE(group->next_expiry, KTIME_MAX);
1429         group->groupevt.ignore = true;
1430 }
1431
1432 static struct tmigr_group *tmigr_get_group(unsigned int cpu, int node,
1433                                            unsigned int lvl)
1434 {
1435         struct tmigr_group *tmp, *group = NULL;
1436
1437         lockdep_assert_held(&tmigr_mutex);
1438
1439         /* Try to attach to an existing group first */
1440         list_for_each_entry(tmp, &tmigr_level_list[lvl], list) {
1441                 /*
1442                  * If @lvl is below the cross NUMA node level, check whether
1443                  * this group belongs to the same NUMA node.
1444                  */
1445                 if (lvl < tmigr_crossnode_level && tmp->numa_node != node)
1446                         continue;
1447
1448                 /* Capacity left? */
1449                 if (tmp->num_children >= TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP)
1450                         continue;
1451
1452                 /*
1453                  * TODO: A possible further improvement: Make sure that all CPU
1454                  * siblings end up in the same group of the lowest level of the
1455                  * hierarchy. Rely on the topology sibling mask would be a
1456                  * reasonable solution.
1457                  */
1458
1459                 group = tmp;
1460                 break;
1461         }
1462
1463         if (group)
1464                 return group;
1465
1466         /* Allocate and set up a new group */
1467         group = kzalloc_node(sizeof(*group), GFP_KERNEL, node);
1468         if (!group)
1469                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1470
1471         tmigr_init_group(group, lvl, node);
1472
1473         /* Setup successful. Add it to the hierarchy */
1474         list_add(&group->list, &tmigr_level_list[lvl]);
1475         trace_tmigr_group_set(group);
1476         return group;
1477 }
1478
1479 static void tmigr_connect_child_parent(struct tmigr_group *child,
1480                                        struct tmigr_group *parent)
1481 {
1482         union tmigr_state childstate;
1483
1484         raw_spin_lock_irq(&child->lock);
1485         raw_spin_lock_nested(&parent->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
1486
1487         child->parent = parent;
1488         child->childmask = BIT(parent->num_children++);
1489
1490         raw_spin_unlock(&parent->lock);
1491         raw_spin_unlock_irq(&child->lock);
1492
1493         trace_tmigr_connect_child_parent(child);
1494
1495         /*
1496          * To prevent inconsistent states, active children need to be active in
1497          * the new parent as well. Inactive children are already marked inactive
1498          * in the parent group:
1499          *
1500          * * When new groups were created by tmigr_setup_groups() starting from
1501          *   the lowest level (and not higher then one level below the current
1502          *   top level), then they are not active. They will be set active when
1503          *   the new online CPU comes active.
1504          *
1505          * * But if a new group above the current top level is required, it is
1506          *   mandatory to propagate the active state of the already existing
1507          *   child to the new parent. So tmigr_connect_child_parent() is
1508          *   executed with the formerly top level group (child) and the newly
1509          *   created group (parent).
1510          */
1511         childstate.state = atomic_read(&child->migr_state);
1512         if (childstate.migrator != TMIGR_NONE) {
1513                 struct tmigr_walk data;
1514
1515                 data.childmask = child->childmask;
1516
1517                 /*
1518                  * There is only one new level per time. When connecting the
1519                  * child and the parent and set the child active when the parent
1520                  * is inactive, the parent needs to be the uppermost
1521                  * level. Otherwise there went something wrong!
1522                  */
1523                 WARN_ON(!tmigr_active_up(parent, child, &data) && parent->parent);
1524         }
1525 }
1526
1527 static int tmigr_setup_groups(unsigned int cpu, unsigned int node)
1528 {
1529         struct tmigr_group *group, *child, **stack;
1530         int top = 0, err = 0, i = 0;
1531         struct list_head *lvllist;
1532
1533         stack = kcalloc(tmigr_hierarchy_levels, sizeof(*stack), GFP_KERNEL);
1534         if (!stack)
1535                 return -ENOMEM;
1536
1537         do {
1538                 group = tmigr_get_group(cpu, node, i);
1539                 if (IS_ERR(group)) {
1540                         err = PTR_ERR(group);
1541                         break;
1542                 }
1543
1544                 top = i;
1545                 stack[i++] = group;
1546
1547                 /*
1548                  * When booting only less CPUs of a system than CPUs are
1549                  * available, not all calculated hierarchy levels are required.
1550                  *
1551                  * The loop is aborted as soon as the highest level, which might
1552                  * be different from tmigr_hierarchy_levels, contains only a
1553                  * single group.
1554                  */
1555                 if (group->parent || i == tmigr_hierarchy_levels ||
1556                     (list_empty(&tmigr_level_list[i]) &&
1557                      list_is_singular(&tmigr_level_list[i - 1])))
1558                         break;
1559
1560         } while (i < tmigr_hierarchy_levels);
1561
1562         do {
1563                 group = stack[--i];
1564
1565                 if (err < 0) {
1566                         list_del(&group->list);
1567                         kfree(group);
1568                         continue;
1569                 }
1570
1571                 WARN_ON_ONCE(i != group->level);
1572
1573                 /*
1574                  * Update tmc -> group / child -> group connection
1575                  */
1576                 if (i == 0) {
1577                         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1578
1579                         raw_spin_lock_irq(&group->lock);
1580
1581                         tmc->tmgroup = group;
1582                         tmc->childmask = BIT(group->num_children++);
1583
1584                         raw_spin_unlock_irq(&group->lock);
1585
1586                         trace_tmigr_connect_cpu_parent(tmc);
1587
1588                         /* There are no children that need to be connected */
1589                         continue;
1590                 } else {
1591                         child = stack[i - 1];
1592                         tmigr_connect_child_parent(child, group);
1593                 }
1594
1595                 /* check if uppermost level was newly created */
1596                 if (top != i)
1597                         continue;
1598
1599                 WARN_ON_ONCE(top == 0);
1600
1601                 lvllist = &tmigr_level_list[top];
1602                 if (group->num_children == 1 && list_is_singular(lvllist)) {
1603                         lvllist = &tmigr_level_list[top - 1];
1604                         list_for_each_entry(child, lvllist, list) {
1605                                 if (child->parent)
1606                                         continue;
1607
1608                                 tmigr_connect_child_parent(child, group);
1609                         }
1610                 }
1611         } while (i > 0);
1612
1613         kfree(stack);
1614
1615         return err;
1616 }
1617
1618 static int tmigr_add_cpu(unsigned int cpu)
1619 {
1620         int node = cpu_to_node(cpu);
1621         int ret;
1622
1623         mutex_lock(&tmigr_mutex);
1624         ret = tmigr_setup_groups(cpu, node);
1625         mutex_unlock(&tmigr_mutex);
1626
1627         return ret;
1628 }
1629
1630 static int tmigr_cpu_online(unsigned int cpu)
1631 {
1632         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1633         int ret;
1634
1635         /* First online attempt? Initialize CPU data */
1636         if (!tmc->tmgroup) {
1637                 raw_spin_lock_init(&tmc->lock);
1638
1639                 ret = tmigr_add_cpu(cpu);
1640                 if (ret < 0)
1641                         return ret;
1642
1643                 if (tmc->childmask == 0)
1644                         return -EINVAL;
1645
1646                 timerqueue_init(&tmc->cpuevt.nextevt);
1647                 tmc->cpuevt.nextevt.expires = KTIME_MAX;
1648                 tmc->cpuevt.ignore = true;
1649                 tmc->cpuevt.cpu = cpu;
1650
1651                 tmc->remote = false;
1652                 WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
1653         }
1654         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
1655         trace_tmigr_cpu_online(tmc);
1656         tmc->idle = timer_base_is_idle();
1657         if (!tmc->idle)
1658                 __tmigr_cpu_activate(tmc);
1659         tmc->online = true;
1660         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1661         return 0;
1662 }
1663
1664 /*
1665  * tmigr_trigger_active() - trigger a CPU to become active again
1666  *
1667  * This function is executed on a CPU which is part of cpu_online_mask, when the
1668  * last active CPU in the hierarchy is offlining. With this, it is ensured that
1669  * the other CPU is active and takes over the migrator duty.
1670  */
1671 static long tmigr_trigger_active(void *unused)
1672 {
1673         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1674
1675         WARN_ON_ONCE(!tmc->online || tmc->idle);
1676
1677         return 0;
1678 }
1679
1680 static int tmigr_cpu_offline(unsigned int cpu)
1681 {
1682         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1683         int migrator;
1684         u64 firstexp;
1685
1686         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
1687         tmc->online = false;
1688         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
1689
1690         /*
1691          * CPU has to handle the local events on his own, when on the way to
1692          * offline; Therefore nextevt value is set to KTIME_MAX
1693          */
1694         firstexp = __tmigr_cpu_deactivate(tmc, KTIME_MAX);
1695         trace_tmigr_cpu_offline(tmc);
1696         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1697
1698         if (firstexp != KTIME_MAX) {
1699                 migrator = cpumask_any_but(cpu_online_mask, cpu);
1700                 work_on_cpu(migrator, tmigr_trigger_active, NULL);
1701         }
1702
1703         return 0;
1704 }
1705
1706 static int __init tmigr_init(void)
1707 {
1708         unsigned int cpulvl, nodelvl, cpus_per_node, i;
1709         unsigned int nnodes = num_possible_nodes();
1710         unsigned int ncpus = num_possible_cpus();
1711         int ret = -ENOMEM;
1712
1713         BUILD_BUG_ON_NOT_POWER_OF_2(TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP);
1714
1715         /* Nothing to do if running on UP */
1716         if (ncpus == 1)
1717                 return 0;
1718
1719         /*
1720          * Calculate the required hierarchy levels. Unfortunately there is no
1721          * reliable information available, unless all possible CPUs have been
1722          * brought up and all NUMA nodes are populated.
1723          *
1724          * Estimate the number of levels with the number of possible nodes and
1725          * the number of possible CPUs. Assume CPUs are spread evenly across
1726          * nodes. We cannot rely on cpumask_of_node() because it only works for
1727          * online CPUs.
1728          */
1729         cpus_per_node = DIV_ROUND_UP(ncpus, nnodes);
1730
1731         /* Calc the hierarchy levels required to hold the CPUs of a node */
1732         cpulvl = DIV_ROUND_UP(order_base_2(cpus_per_node),
1733                               ilog2(TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP));
1734
1735         /* Calculate the extra levels to connect all nodes */
1736         nodelvl = DIV_ROUND_UP(order_base_2(nnodes),
1737                                ilog2(TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP));
1738
1739         tmigr_hierarchy_levels = cpulvl + nodelvl;
1740
1741         /*
1742          * If a NUMA node spawns more than one CPU level group then the next
1743          * level(s) of the hierarchy contains groups which handle all CPU groups
1744          * of the same NUMA node. The level above goes across NUMA nodes. Store
1745          * this information for the setup code to decide in which level node
1746          * matching is no longer required.
1747          */
1748         tmigr_crossnode_level = cpulvl;
1749
1750         tmigr_level_list = kcalloc(tmigr_hierarchy_levels, sizeof(struct list_head), GFP_KERNEL);
1751         if (!tmigr_level_list)
1752                 goto err;
1753
1754         for (i = 0; i < tmigr_hierarchy_levels; i++)
1755                 INIT_LIST_HEAD(&tmigr_level_list[i]);
1756
1757         pr_info("Timer migration: %d hierarchy levels; %d children per group;"
1758                 " %d crossnode level\n",
1759                 tmigr_hierarchy_levels, TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP,
1760                 tmigr_crossnode_level);
1761
1762         ret = cpuhp_setup_state(CPUHP_AP_TMIGR_ONLINE, "tmigr:online",
1763                                 tmigr_cpu_online, tmigr_cpu_offline);
1764         if (ret)
1765                 goto err;
1766
1767         return 0;
1768
1769 err:
1770         pr_err("Timer migration setup failed\n");
1771         return ret;
1772 }
1773 late_initcall(tmigr_init);