arch/powerpc/platforms/cell/spufs/sched.c

   1 /* sched.c - SPU scheduler.
   2  *
   3  * Copyright (C) IBM 2005
   4  * Author: Mark Nutter <mnutter@us.ibm.com>
   5  *
   6  * 2006-03-31   NUMA domains added.
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
  11  * any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  */
  22
  23 #undef DEBUG
  24
  25 #include <linux/module.h>
  26 #include <linux/errno.h>
  27 #include <linux/sched.h>
  28 #include <linux/kernel.h>
  29 #include <linux/mm.h>
  30 #include <linux/completion.h>
  31 #include <linux/vmalloc.h>
  32 #include <linux/smp.h>
  33 #include <linux/stddef.h>
  34 #include <linux/unistd.h>
  35 #include <linux/numa.h>
  36 #include <linux/mutex.h>
  37 #include <linux/notifier.h>
  38 #include <linux/kthread.h>
  39 #include <linux/pid_namespace.h>
  40 #include <linux/proc_fs.h>
  41 #include <linux/seq_file.h>
  42 #include <linux/marker.h>
  43
  44 #include <asm/io.h>
  45 #include <asm/mmu_context.h>
  46 #include <asm/spu.h>
  47 #include <asm/spu_csa.h>
  48 #include <asm/spu_priv1.h>
  49 #include "spufs.h"
  50
  51 struct spu_prio_array {
  52         DECLARE_BITMAP(bitmap, MAX_PRIO);
  53         struct list_head runq[MAX_PRIO];
  54         spinlock_t runq_lock;
  55         int nr_waiting;
  56 };
  57
  58 static unsigned long spu_avenrun[3];
  59 static struct spu_prio_array *spu_prio;
  60 static struct task_struct *spusched_task;
  61 static struct timer_list spusched_timer;
  62 static struct timer_list spuloadavg_timer;
  63
  64 /*
  65  * Priority of a normal, non-rt, non-niced'd process (aka nice level 0).
  66  */
  67 #define NORMAL_PRIO             120
  68
  69 /*
  70  * Frequency of the spu scheduler tick.  By default we do one SPU scheduler
  71  * tick for every 10 CPU scheduler ticks.
  72  */
  73 #define SPUSCHED_TICK           (10)
  74
  75 /*
  76  * These are the 'tuning knobs' of the scheduler:
  77  *
  78  * Minimum timeslice is 5 msecs (or 1 spu scheduler tick, whichever is
  79  * larger), default timeslice is 100 msecs, maximum timeslice is 800 msecs.
  80  */
  81 #define MIN_SPU_TIMESLICE       max(5 * HZ / (1000 * SPUSCHED_TICK), 1)
  82 #define DEF_SPU_TIMESLICE       (100 * HZ / (1000 * SPUSCHED_TICK))
  83
  84 #define MAX_USER_PRIO           (MAX_PRIO - MAX_RT_PRIO)
  85 #define SCALE_PRIO(x, prio) \
  86         max(x * (MAX_PRIO - prio) / (MAX_USER_PRIO / 2), MIN_SPU_TIMESLICE)
  87
  88 /*
  89  * scale user-nice values [ -20 ... 0 ... 19 ] to time slice values:
  90  * [800ms ... 100ms ... 5ms]
  91  *
  92  * The higher a thread's priority, the bigger timeslices
  93  * it gets during one round of execution. But even the lowest
  94  * priority thread gets MIN_TIMESLICE worth of execution time.
  95  */
  96 void spu_set_timeslice(struct spu_context *ctx)
  97 {
  98         if (ctx->prio < NORMAL_PRIO)
  99                 ctx->time_slice = SCALE_PRIO(DEF_SPU_TIMESLICE * 4, ctx->prio);
 100         else
 101                 ctx->time_slice = SCALE_PRIO(DEF_SPU_TIMESLICE, ctx->prio);
 102 }
 103
 104 /*
 105  * Update scheduling information from the owning thread.
 106  */
 107 void __spu_update_sched_info(struct spu_context *ctx)
 108 {
 109         /*
 110          * assert that the context is not on the runqueue, so it is safe
 111          * to change its scheduling parameters.
 112          */
 113         BUG_ON(!list_empty(&ctx->rq));
 114
 115         /*
 116          * 32-Bit assignments are atomic on powerpc, and we don't care about
 117          * memory ordering here because retrieving the controlling thread is
 118          * per definition racy.
 119          */
 120         ctx->tid = current->pid;
 121
 122         /*
 123          * We do our own priority calculations, so we normally want
 124          * ->static_prio to start with. Unfortunately this field
 125          * contains junk for threads with a realtime scheduling
 126          * policy so we have to look at ->prio in this case.
 127          */
 128         if (rt_prio(current->prio))
 129                 ctx->prio = current->prio;
 130         else
 131                 ctx->prio = current->static_prio;
 132         ctx->policy = current->policy;
 133
 134         /*
 135          * TO DO: the context may be loaded, so we may need to activate
 136          * it again on a different node. But it shouldn't hurt anything
 137          * to update its parameters, because we know that the scheduler
 138          * is not actively looking at this field, since it is not on the
 139          * runqueue. The context will be rescheduled on the proper node
 140          * if it is timesliced or preempted.
 141          */
 142         ctx->cpus_allowed = current->cpus_allowed;
 143
 144         /* Save the current cpu id for spu interrupt routing. */
 145         ctx->last_ran = raw_smp_processor_id();
 146 }
 147
 148 void spu_update_sched_info(struct spu_context *ctx)
 149 {
 150         int node;
 151
 152         if (ctx->state == SPU_STATE_RUNNABLE) {
 153                 node = ctx->spu->node;
 154
 155                 /*
 156                  * Take list_mutex to sync with find_victim().
 157                  */
 158                 mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 159                 __spu_update_sched_info(ctx);
 160                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 161         } else {
 162                 __spu_update_sched_info(ctx);
 163         }
 164 }
 165
 166 static int __node_allowed(struct spu_context *ctx, int node)
 167 {
 168         if (nr_cpus_node(node)) {
 169                 const struct cpumask *mask = cpumask_of_node(node);
 170
 171                 if (cpumask_intersects(mask, &ctx->cpus_allowed))
 172                         return 1;
 173         }
 174
 175         return 0;
 176 }
 177
 178 static int node_allowed(struct spu_context *ctx, int node)
 179 {
 180         int rval;
 181
 182         spin_lock(&spu_prio->runq_lock);
 183         rval = __node_allowed(ctx, node);
 184         spin_unlock(&spu_prio->runq_lock);
 185
 186         return rval;
 187 }
 188
 189 void do_notify_spus_active(void)
 190 {
 191         int node;
 192
 193         /*
 194          * Wake up the active spu_contexts.
 195          *
 196          * When the awakened processes see their "notify_active" flag is set,
 197          * they will call spu_switch_notify().
 198          */
 199         for_each_online_node(node) {
 200                 struct spu *spu;
 201
 202                 mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 203                 list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus, cbe_list) {
 204                         if (spu->alloc_state != SPU_FREE) {
 205                                 struct spu_context *ctx = spu->ctx;
 206                                 set_bit(SPU_SCHED_NOTIFY_ACTIVE,
 207                                         &ctx->sched_flags);
 208                                 mb();
 209                                 wake_up_all(&ctx->stop_wq);
 210                         }
 211                 }
 212                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 213         }
 214 }
 215
 216 /**
 217  * spu_bind_context - bind spu context to physical spu
 218  * @spu:        physical spu to bind to
 219  * @ctx:        context to bind
 220  */
 221 static void spu_bind_context(struct spu *spu, struct spu_context *ctx)
 222 {
 223         spu_context_trace(spu_bind_context__enter, ctx, spu);
 224
 225         spuctx_switch_state(ctx, SPU_UTIL_SYSTEM);
 226
 227         if (ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED)
 228                 atomic_inc(&cbe_spu_info[spu->node].reserved_spus);
 229
 230         ctx->stats.slb_flt_base = spu->stats.slb_flt;
 231         ctx->stats.class2_intr_base = spu->stats.class2_intr;
 232
 233         spu_associate_mm(spu, ctx->owner);
 234
 235         spin_lock_irq(&spu->register_lock);
 236         spu->ctx = ctx;
 237         spu->flags = 0;
 238         ctx->spu = spu;
 239         ctx->ops = &spu_hw_ops;
 240         spu->pid = current->pid;
 241         spu->tgid = current->tgid;
 242         spu->ibox_callback = spufs_ibox_callback;
 243         spu->wbox_callback = spufs_wbox_callback;
 244         spu->stop_callback = spufs_stop_callback;
 245         spu->mfc_callback = spufs_mfc_callback;
 246         spin_unlock_irq(&spu->register_lock);
 247
 248         spu_unmap_mappings(ctx);
 249
 250         spu_switch_log_notify(spu, ctx, SWITCH_LOG_START, 0);
 251         spu_restore(&ctx->csa, spu);
 252         spu->timestamp = jiffies;
 253         spu_switch_notify(spu, ctx);
 254         ctx->state = SPU_STATE_RUNNABLE;
 255
 256         spuctx_switch_state(ctx, SPU_UTIL_USER);
 257 }
 258
 259 /*
 260  * Must be used with the list_mutex held.
 261  */
 262 static inline int sched_spu(struct spu *spu)
 263 {
 264         BUG_ON(!mutex_is_locked(&cbe_spu_info[spu->node].list_mutex));
 265
 266         return (!spu->ctx || !(spu->ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED));
 267 }
 268
 269 static void aff_merge_remaining_ctxs(struct spu_gang *gang)
 270 {
 271         struct spu_context *ctx;
 272
 273         list_for_each_entry(ctx, &gang->aff_list_head, aff_list) {
 274                 if (list_empty(&ctx->aff_list))
 275                         list_add(&ctx->aff_list, &gang->aff_list_head);
 276         }
 277         gang->aff_flags |= AFF_MERGED;
 278 }
 279
 280 static void aff_set_offsets(struct spu_gang *gang)
 281 {
 282         struct spu_context *ctx;
 283         int offset;
 284
 285         offset = -1;
 286         list_for_each_entry_reverse(ctx, &gang->aff_ref_ctx->aff_list,
 287                                                                 aff_list) {
 288                 if (&ctx->aff_list == &gang->aff_list_head)
 289                         break;
 290                 ctx->aff_offset = offset--;
 291         }
 292
 293         offset = 0;
 294         list_for_each_entry(ctx, gang->aff_ref_ctx->aff_list.prev, aff_list) {
 295                 if (&ctx->aff_list == &gang->aff_list_head)
 296                         break;
 297                 ctx->aff_offset = offset++;
 298         }
 299
 300         gang->aff_flags |= AFF_OFFSETS_SET;
 301 }
 302
 303 static struct spu *aff_ref_location(struct spu_context *ctx, int mem_aff,
 304                  int group_size, int lowest_offset)
 305 {
 306         struct spu *spu;
 307         int node, n;
 308
 309         /*
 310          * TODO: A better algorithm could be used to find a good spu to be
 311          *       used as reference location for the ctxs chain.
 312          */
 313         node = cpu_to_node(raw_smp_processor_id());
 314         for (n = 0; n < MAX_NUMNODES; n++, node++) {
 315                 /*
 316                  * "available_spus" counts how many spus are not potentially
 317                  * going to be used by other affinity gangs whose reference
 318                  * context is already in place. Although this code seeks to
 319                  * avoid having affinity gangs with a summed amount of
 320                  * contexts bigger than the amount of spus in the node,
 321                  * this may happen sporadically. In this case, available_spus
 322                  * becomes negative, which is harmless.
 323                  */
 324                 int available_spus;
 325
 326                 node = (node < MAX_NUMNODES) ? node : 0;
 327                 if (!node_allowed(ctx, node))
 328                         continue;
 329
 330                 available_spus = 0;
 331                 mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 332                 list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus, cbe_list) {
 333                         if (spu->ctx && spu->ctx->gang && !spu->ctx->aff_offset
 334                                         && spu->ctx->gang->aff_ref_spu)
 335                                 available_spus -= spu->ctx->gang->contexts;
 336                         available_spus++;
 337                 }
 338                 if (available_spus < ctx->gang->contexts) {
 339                         mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 340                         continue;
 341                 }
 342
 343                 list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus, cbe_list) {
 344                         if ((!mem_aff || spu->has_mem_affinity) &&
 345                                                         sched_spu(spu)) {
 346                                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 347                                 return spu;
 348                         }
 349                 }
 350                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 351         }
 352         return NULL;
 353 }
 354
 355 static void aff_set_ref_point_location(struct spu_gang *gang)
 356 {
 357         int mem_aff, gs, lowest_offset;
 358         struct spu_context *ctx;
 359         struct spu *tmp;
 360
 361         mem_aff = gang->aff_ref_ctx->flags & SPU_CREATE_AFFINITY_MEM;
 362         lowest_offset = 0;
 363         gs = 0;
 364
 365         list_for_each_entry(tmp, &gang->aff_list_head, aff_list)
 366                 gs++;
 367
 368         list_for_each_entry_reverse(ctx, &gang->aff_ref_ctx->aff_list,
 369                                                                 aff_list) {
 370                 if (&ctx->aff_list == &gang->aff_list_head)
 371                         break;
 372                 lowest_offset = ctx->aff_offset;
 373         }
 374
 375         gang->aff_ref_spu = aff_ref_location(gang->aff_ref_ctx, mem_aff, gs,
 376                                                         lowest_offset);
 377 }
 378
 379 static struct spu *ctx_location(struct spu *ref, int offset, int node)
 380 {
 381         struct spu *spu;
 382
 383         spu = NULL;
 384         if (offset >= 0) {
 385                 list_for_each_entry(spu, ref->aff_list.prev, aff_list) {
 386                         BUG_ON(spu->node != node);
 387                         if (offset == 0)
 388                                 break;
 389                         if (sched_spu(spu))
 390                                 offset--;
 391                 }
 392         } else {
 393                 list_for_each_entry_reverse(spu, ref->aff_list.next, aff_list) {
 394                         BUG_ON(spu->node != node);
 395                         if (offset == 0)
 396                                 break;
 397                         if (sched_spu(spu))
 398                                 offset++;
 399                 }
 400         }
 401
 402         return spu;
 403 }
 404
 405 /*
 406  * affinity_check is called each time a context is going to be scheduled.
 407  * It returns the spu ptr on which the context must run.
 408  */
 409 static int has_affinity(struct spu_context *ctx)
 410 {
 411         struct spu_gang *gang = ctx->gang;
 412
 413         if (list_empty(&ctx->aff_list))
 414                 return 0;
 415
 416         if (atomic_read(&ctx->gang->aff_sched_count) == 0)
 417                 ctx->gang->aff_ref_spu = NULL;
 418
 419         if (!gang->aff_ref_spu) {
 420                 if (!(gang->aff_flags & AFF_MERGED))
 421                         aff_merge_remaining_ctxs(gang);
 422                 if (!(gang->aff_flags & AFF_OFFSETS_SET))
 423                         aff_set_offsets(gang);
 424                 aff_set_ref_point_location(gang);
 425         }
 426
 427         return gang->aff_ref_spu != NULL;
 428 }
 429
 430 /**
 431  * spu_unbind_context - unbind spu context from physical spu
 432  * @spu:        physical spu to unbind from
 433  * @ctx:        context to unbind
 434  */
 435 static void spu_unbind_context(struct spu *spu, struct spu_context *ctx)
 436 {
 437         u32 status;
 438
 439         spu_context_trace(spu_unbind_context__enter, ctx, spu);
 440
 441         spuctx_switch_state(ctx, SPU_UTIL_SYSTEM);
 442
 443         if (spu->ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED)
 444                 atomic_dec(&cbe_spu_info[spu->node].reserved_spus);
 445
 446         if (ctx->gang)
 447                 /*
 448                  * If ctx->gang->aff_sched_count is positive, SPU affinity is
 449                  * being considered in this gang. Using atomic_dec_if_positive
 450                  * allow us to skip an explicit check for affinity in this gang
 451                  */
 452                 atomic_dec_if_positive(&ctx->gang->aff_sched_count);
 453
 454         spu_switch_notify(spu, NULL);
 455         spu_unmap_mappings(ctx);
 456         spu_save(&ctx->csa, spu);
 457         spu_switch_log_notify(spu, ctx, SWITCH_LOG_STOP, 0);
 458
 459         spin_lock_irq(&spu->register_lock);
 460         spu->timestamp = jiffies;
 461         ctx->state = SPU_STATE_SAVED;
 462         spu->ibox_callback = NULL;
 463         spu->wbox_callback = NULL;
 464         spu->stop_callback = NULL;
 465         spu->mfc_callback = NULL;
 466         spu->pid = 0;
 467         spu->tgid = 0;
 468         ctx->ops = &spu_backing_ops;
 469         spu->flags = 0;
 470         spu->ctx = NULL;
 471         spin_unlock_irq(&spu->register_lock);
 472
 473         spu_associate_mm(spu, NULL);
 474
 475         ctx->stats.slb_flt +=
 476                 (spu->stats.slb_flt - ctx->stats.slb_flt_base);
 477         ctx->stats.class2_intr +=
 478                 (spu->stats.class2_intr - ctx->stats.class2_intr_base);
 479
 480         /* This maps the underlying spu state to idle */
 481         spuctx_switch_state(ctx, SPU_UTIL_IDLE_LOADED);
 482         ctx->spu = NULL;
 483
 484         if (spu_stopped(ctx, &status))
 485                 wake_up_all(&ctx->stop_wq);
 486 }
 487
 488 /**
 489  * spu_add_to_rq - add a context to the runqueue
 490  * @ctx:       context to add
 491  */
 492 static void __spu_add_to_rq(struct spu_context *ctx)
 493 {
 494         /*
 495          * Unfortunately this code path can be called from multiple threads
 496          * on behalf of a single context due to the way the problem state
 497          * mmap support works.
 498          *
 499          * Fortunately we need to wake up all these threads at the same time
 500          * and can simply skip the runqueue addition for every but the first
 501          * thread getting into this codepath.
 502          *
 503          * It's still quite hacky, and long-term we should proxy all other
 504          * threads through the owner thread so that spu_run is in control
 505          * of all the scheduling activity for a given context.
 506          */
 507         if (list_empty(&ctx->rq)) {
 508                 list_add_tail(&ctx->rq, &spu_prio->runq[ctx->prio]);
 509                 set_bit(ctx->prio, spu_prio->bitmap);
 510                 if (!spu_prio->nr_waiting++)
 511                         __mod_timer(&spusched_timer, jiffies + SPUSCHED_TICK);
 512         }
 513 }
 514
 515 static void spu_add_to_rq(struct spu_context *ctx)
 516 {
 517         spin_lock(&spu_prio->runq_lock);
 518         __spu_add_to_rq(ctx);
 519         spin_unlock(&spu_prio->runq_lock);
 520 }
 521
 522 static void __spu_del_from_rq(struct spu_context *ctx)
 523 {
 524         int prio = ctx->prio;
 525
 526         if (!list_empty(&ctx->rq)) {
 527                 if (!--spu_prio->nr_waiting)
 528                         del_timer(&spusched_timer);
 529                 list_del_init(&ctx->rq);
 530
 531                 if (list_empty(&spu_prio->runq[prio]))
 532                         clear_bit(prio, spu_prio->bitmap);
 533         }
 534 }
 535
 536 void spu_del_from_rq(struct spu_context *ctx)
 537 {
 538         spin_lock(&spu_prio->runq_lock);
 539         __spu_del_from_rq(ctx);
 540         spin_unlock(&spu_prio->runq_lock);
 541 }
 542
 543 static void spu_prio_wait(struct spu_context *ctx)
 544 {
 545         DEFINE_WAIT(wait);
 546
 547         /*
 548          * The caller must explicitly wait for a context to be loaded
 549          * if the nosched flag is set.  If NOSCHED is not set, the caller
 550          * queues the context and waits for an spu event or error.
 551          */
 552         BUG_ON(!(ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED));
 553
 554         spin_lock(&spu_prio->runq_lock);
 555         prepare_to_wait_exclusive(&ctx->stop_wq, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
 556         if (!signal_pending(current)) {
 557                 __spu_add_to_rq(ctx);
 558                 spin_unlock(&spu_prio->runq_lock);
 559                 mutex_unlock(&ctx->state_mutex);
 560                 schedule();
 561                 mutex_lock(&ctx->state_mutex);
 562                 spin_lock(&spu_prio->runq_lock);
 563                 __spu_del_from_rq(ctx);
 564         }
 565         spin_unlock(&spu_prio->runq_lock);
 566         __set_current_state(TASK_RUNNING);
 567         remove_wait_queue(&ctx->stop_wq, &wait);
 568 }
 569
 570 static struct spu *spu_get_idle(struct spu_context *ctx)
 571 {
 572         struct spu *spu, *aff_ref_spu;
 573         int node, n;
 574
 575         spu_context_nospu_trace(spu_get_idle__enter, ctx);
 576
 577         if (ctx->gang) {
 578                 mutex_lock(&ctx->gang->aff_mutex);
 579                 if (has_affinity(ctx)) {
 580                         aff_ref_spu = ctx->gang->aff_ref_spu;
 581                         atomic_inc(&ctx->gang->aff_sched_count);
 582                         mutex_unlock(&ctx->gang->aff_mutex);
 583                         node = aff_ref_spu->node;
 584
 585                         mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 586                         spu = ctx_location(aff_ref_spu, ctx->aff_offset, node);
 587                         if (spu && spu->alloc_state == SPU_FREE)
 588                                 goto found;
 589                         mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 590
 591                         atomic_dec(&ctx->gang->aff_sched_count);
 592                         goto not_found;
 593                 }
 594                 mutex_unlock(&ctx->gang->aff_mutex);
 595         }
 596         node = cpu_to_node(raw_smp_processor_id());
 597         for (n = 0; n < MAX_NUMNODES; n++, node++) {
 598                 node = (node < MAX_NUMNODES) ? node : 0;
 599                 if (!node_allowed(ctx, node))
 600                         continue;
 601
 602                 mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 603                 list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus, cbe_list) {
 604                         if (spu->alloc_state == SPU_FREE)
 605                                 goto found;
 606                 }
 607                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 608         }
 609
 610  not_found:
 611         spu_context_nospu_trace(spu_get_idle__not_found, ctx);
 612         return NULL;
 613
 614  found:
 615         spu->alloc_state = SPU_USED;
 616         mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 617         spu_context_trace(spu_get_idle__found, ctx, spu);
 618         spu_init_channels(spu);
 619         return spu;
 620 }
 621
 622 /**
 623  * find_victim - find a lower priority context to preempt
 624  * @ctx:        canidate context for running
 625  *
 626  * Returns the freed physical spu to run the new context on.
 627  */
 628 static struct spu *find_victim(struct spu_context *ctx)
 629 {
 630         struct spu_context *victim = NULL;
 631         struct spu *spu;
 632         int node, n;
 633
 634         spu_context_nospu_trace(spu_find_victim__enter, ctx);
 635
 636         /*
 637          * Look for a possible preemption candidate on the local node first.
 638          * If there is no candidate look at the other nodes.  This isn't
 639          * exactly fair, but so far the whole spu scheduler tries to keep
 640          * a strong node affinity.  We might want to fine-tune this in
 641          * the future.
 642          */
 643  restart:
 644         node = cpu_to_node(raw_smp_processor_id());
 645         for (n = 0; n < MAX_NUMNODES; n++, node++) {
 646                 node = (node < MAX_NUMNODES) ? node : 0;
 647                 if (!node_allowed(ctx, node))
 648                         continue;
 649
 650                 mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 651                 list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus, cbe_list) {
 652                         struct spu_context *tmp = spu->ctx;
 653
 654                         if (tmp && tmp->prio > ctx->prio &&
 655                             !(tmp->flags & SPU_CREATE_NOSCHED) &&
 656                             (!victim || tmp->prio > victim->prio)) {
 657                                 victim = spu->ctx;
 658                         }
 659                 }
 660                 if (victim)
 661                         get_spu_context(victim);
 662                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 663
 664                 if (victim) {
 665                         /*
 666                          * This nests ctx->state_mutex, but we always lock
 667                          * higher priority contexts before lower priority
 668                          * ones, so this is safe until we introduce
 669                          * priority inheritance schemes.
 670                          *
 671                          * XXX if the highest priority context is locked,
 672                          * this can loop a long time.  Might be better to
 673                          * look at another context or give up after X retries.
 674                          */
 675                         if (!mutex_trylock(&victim->state_mutex)) {
 676                                 put_spu_context(victim);
 677                                 victim = NULL;
 678                                 goto restart;
 679                         }
 680
 681                         spu = victim->spu;
 682                         if (!spu || victim->prio <= ctx->prio) {
 683                                 /*
 684                                  * This race can happen because we've dropped
 685                                  * the active list mutex.  Not a problem, just
 686                                  * restart the search.
 687                                  */
 688                                 mutex_unlock(&victim->state_mutex);
 689                                 put_spu_context(victim);
 690                                 victim = NULL;
 691                                 goto restart;
 692                         }
 693
 694                         spu_context_trace(__spu_deactivate__unload, ctx, spu);
 695
 696                         mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 697                         cbe_spu_info[node].nr_active--;
 698                         spu_unbind_context(spu, victim);
 699                         mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 700
 701                         victim->stats.invol_ctx_switch++;
 702                         spu->stats.invol_ctx_switch++;
 703                         if (test_bit(SPU_SCHED_SPU_RUN, &victim->sched_flags))
 704                                 spu_add_to_rq(victim);
 705
 706                         mutex_unlock(&victim->state_mutex);
 707                         put_spu_context(victim);
 708
 709                         return spu;
 710                 }
 711         }
 712
 713         return NULL;
 714 }
 715
 716 static void __spu_schedule(struct spu *spu, struct spu_context *ctx)
 717 {
 718         int node = spu->node;
 719         int success = 0;
 720
 721         spu_set_timeslice(ctx);
 722
 723         mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 724         if (spu->ctx == NULL) {
 725                 spu_bind_context(spu, ctx);
 726                 cbe_spu_info[node].nr_active++;
 727                 spu->alloc_state = SPU_USED;
 728                 success = 1;
 729         }
 730         mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 731
 732         if (success)
 733                 wake_up_all(&ctx->run_wq);
 734         else
 735                 spu_add_to_rq(ctx);
 736 }
 737
 738 static void spu_schedule(struct spu *spu, struct spu_context *ctx)
 739 {
 740         /* not a candidate for interruptible because it's called either
 741            from the scheduler thread or from spu_deactivate */
 742         mutex_lock(&ctx->state_mutex);
 743         if (ctx->state == SPU_STATE_SAVED)
 744                 __spu_schedule(spu, ctx);
 745         spu_release(ctx);
 746 }
 747
 748 /**
 749  * spu_unschedule - remove a context from a spu, and possibly release it.
 750  * @spu:        The SPU to unschedule from
 751  * @ctx:        The context currently scheduled on the SPU
 752  * @free_spu    Whether to free the SPU for other contexts
 753  *
 754  * Unbinds the context @ctx from the SPU @spu. If @free_spu is non-zero, the
 755  * SPU is made available for other contexts (ie, may be returned by
 756  * spu_get_idle). If this is zero, the caller is expected to schedule another
 757  * context to this spu.
 758  *
 759  * Should be called with ctx->state_mutex held.
 760  */
 761 static void spu_unschedule(struct spu *spu, struct spu_context *ctx,
 762                 int free_spu)
 763 {
 764         int node = spu->node;
 765
 766         mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 767         cbe_spu_info[node].nr_active--;
 768         if (free_spu)
 769                 spu->alloc_state = SPU_FREE;
 770         spu_unbind_context(spu, ctx);
 771         ctx->stats.invol_ctx_switch++;
 772         spu->stats.invol_ctx_switch++;
 773         mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
 774 }
 775
 776 /**
 777  * spu_activate - find a free spu for a context and execute it
 778  * @ctx:        spu context to schedule
 779  * @flags:      flags (currently ignored)
 780  *
 781  * Tries to find a free spu to run @ctx.  If no free spu is available
 782  * add the context to the runqueue so it gets woken up once an spu
 783  * is available.
 784  */
 785 int spu_activate(struct spu_context *ctx, unsigned long flags)
 786 {
 787         struct spu *spu;
 788
 789         /*
 790          * If there are multiple threads waiting for a single context
 791          * only one actually binds the context while the others will
 792          * only be able to acquire the state_mutex once the context
 793          * already is in runnable state.
 794          */
 795         if (ctx->spu)
 796                 return 0;
 797
 798 spu_activate_top:
 799         if (signal_pending(current))
 800                 return -ERESTARTSYS;
 801
 802         spu = spu_get_idle(ctx);
 803         /*
 804          * If this is a realtime thread we try to get it running by
 805          * preempting a lower priority thread.
 806          */
 807         if (!spu && rt_prio(ctx->prio))
 808                 spu = find_victim(ctx);
 809         if (spu) {
 810                 unsigned long runcntl;
 811
 812                 runcntl = ctx->ops->runcntl_read(ctx);
 813                 __spu_schedule(spu, ctx);
 814                 if (runcntl & SPU_RUNCNTL_RUNNABLE)
 815                         spuctx_switch_state(ctx, SPU_UTIL_USER);
 816
 817                 return 0;
 818         }
 819
 820         if (ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED) {
 821                 spu_prio_wait(ctx);
 822                 goto spu_activate_top;
 823         }
 824
 825         spu_add_to_rq(ctx);
 826
 827         return 0;
 828 }
 829
 830 /**
 831  * grab_runnable_context - try to find a runnable context
 832  *
 833  * Remove the highest priority context on the runqueue and return it
 834  * to the caller.  Returns %NULL if no runnable context was found.
 835  */
 836 static struct spu_context *grab_runnable_context(int prio, int node)
 837 {
 838         struct spu_context *ctx;
 839         int best;
 840
 841         spin_lock(&spu_prio->runq_lock);
 842         best = find_first_bit(spu_prio->bitmap, prio);
 843         while (best < prio) {
 844                 struct list_head *rq = &spu_prio->runq[best];
 845
 846                 list_for_each_entry(ctx, rq, rq) {
 847                         /* XXX(hch): check for affinity here aswell */
 848                         if (__node_allowed(ctx, node)) {
 849                                 __spu_del_from_rq(ctx);
 850                                 goto found;
 851                         }
 852                 }
 853                 best++;
 854         }
 855         ctx = NULL;
 856  found:
 857         spin_unlock(&spu_prio->runq_lock);
 858         return ctx;
 859 }
 860
 861 static int __spu_deactivate(struct spu_context *ctx, int force, int max_prio)
 862 {
 863         struct spu *spu = ctx->spu;
 864         struct spu_context *new = NULL;
 865
 866         if (spu) {
 867                 new = grab_runnable_context(max_prio, spu->node);
 868                 if (new || force) {
 869                         spu_unschedule(spu, ctx, new == NULL);
 870                         if (new) {
 871                                 if (new->flags & SPU_CREATE_NOSCHED)
 872                                         wake_up(&new->stop_wq);
 873                                 else {
 874                                         spu_release(ctx);
 875                                         spu_schedule(spu, new);
 876                                         /* this one can't easily be made
 877                                            interruptible */
 878                                         mutex_lock(&ctx->state_mutex);
 879                                 }
 880                         }
 881                 }
 882         }
 883
 884         return new != NULL;
 885 }
 886
 887 /**
 888  * spu_deactivate - unbind a context from it's physical spu
 889  * @ctx:        spu context to unbind
 890  *
 891  * Unbind @ctx from the physical spu it is running on and schedule
 892  * the highest priority context to run on the freed physical spu.
 893  */
 894 void spu_deactivate(struct spu_context *ctx)
 895 {
 896         spu_context_nospu_trace(spu_deactivate__enter, ctx);
 897         __spu_deactivate(ctx, 1, MAX_PRIO);
 898 }
 899
 900 /**
 901  * spu_yield -  yield a physical spu if others are waiting
 902  * @ctx:        spu context to yield
 903  *
 904  * Check if there is a higher priority context waiting and if yes
 905  * unbind @ctx from the physical spu and schedule the highest
 906  * priority context to run on the freed physical spu instead.
 907  */
 908 void spu_yield(struct spu_context *ctx)
 909 {
 910         spu_context_nospu_trace(spu_yield__enter, ctx);
 911         if (!(ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED)) {
 912                 mutex_lock(&ctx->state_mutex);
 913                 __spu_deactivate(ctx, 0, MAX_PRIO);
 914                 mutex_unlock(&ctx->state_mutex);
 915         }
 916 }
 917
 918 static noinline void spusched_tick(struct spu_context *ctx)
 919 {
 920         struct spu_context *new = NULL;
 921         struct spu *spu = NULL;
 922
 923         if (spu_acquire(ctx))
 924                 BUG();  /* a kernel thread never has signals pending */
 925
 926         if (ctx->state != SPU_STATE_RUNNABLE)
 927                 goto out;
 928         if (ctx->flags & SPU_CREATE_NOSCHED)
 929                 goto out;
 930         if (ctx->policy == SCHED_FIFO)
 931                 goto out;
 932
 933         if (--ctx->time_slice && test_bit(SPU_SCHED_SPU_RUN, &ctx->sched_flags))
 934                 goto out;
 935
 936         spu = ctx->spu;
 937
 938         spu_context_trace(spusched_tick__preempt, ctx, spu);
 939
 940         new = grab_runnable_context(ctx->prio + 1, spu->node);
 941         if (new) {
 942                 spu_unschedule(spu, ctx, 0);
 943                 if (test_bit(SPU_SCHED_SPU_RUN, &ctx->sched_flags))
 944                         spu_add_to_rq(ctx);
 945         } else {
 946                 spu_context_nospu_trace(spusched_tick__newslice, ctx);
 947                 if (!ctx->time_slice)
 948                         ctx->time_slice++;
 949         }
 950 out:
 951         spu_release(ctx);
 952
 953         if (new)
 954                 spu_schedule(spu, new);
 955 }
 956
 957 /**
 958  * count_active_contexts - count nr of active tasks
 959  *
 960  * Return the number of tasks currently running or waiting to run.
 961  *
 962  * Note that we don't take runq_lock / list_mutex here.  Reading
 963  * a single 32bit value is atomic on powerpc, and we don't care
 964  * about memory ordering issues here.
 965  */
 966 static unsigned long count_active_contexts(void)
 967 {
 968         int nr_active = 0, node;
 969
 970         for (node = 0; node < MAX_NUMNODES; node++)
 971                 nr_active += cbe_spu_info[node].nr_active;
 972         nr_active += spu_prio->nr_waiting;
 973
 974         return nr_active;
 975 }
 976
 977 /**
 978  * spu_calc_load - update the avenrun load estimates.
 979  *
 980  * No locking against reading these values from userspace, as for
 981  * the CPU loadavg code.
 982  */
 983 static void spu_calc_load(void)
 984 {
 985         unsigned long active_tasks; /* fixed-point */
 986
 987         active_tasks = count_active_contexts() * FIXED_1;
 988         CALC_LOAD(spu_avenrun[0], EXP_1, active_tasks);
 989         CALC_LOAD(spu_avenrun[1], EXP_5, active_tasks);
 990         CALC_LOAD(spu_avenrun[2], EXP_15, active_tasks);
 991 }
 992
 993 static void spusched_wake(unsigned long data)
 994 {
 995         mod_timer(&spusched_timer, jiffies + SPUSCHED_TICK);
 996         wake_up_process(spusched_task);
 997 }
 998
 999 static void spuloadavg_wake(unsigned long data)
1000 {
1001         mod_timer(&spuloadavg_timer, jiffies + LOAD_FREQ);
1002         spu_calc_load();
1003 }
1004
1005 static int spusched_thread(void *unused)
1006 {
1007         struct spu *spu;
1008         int node;
1009
1010         while (!kthread_should_stop()) {
1011                 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
1012                 schedule();
1013                 for (node = 0; node < MAX_NUMNODES; node++) {
1014                         struct mutex *mtx = &cbe_spu_info[node].list_mutex;
1015
1016                         mutex_lock(mtx);
1017                         list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus,
1018                                         cbe_list) {
1019                                 struct spu_context *ctx = spu->ctx;
1020
1021                                 if (ctx) {
1022                                         get_spu_context(ctx);
1023                                         mutex_unlock(mtx);
1024                                         spusched_tick(ctx);
1025                                         mutex_lock(mtx);
1026                                         put_spu_context(ctx);
1027                                 }
1028                         }
1029                         mutex_unlock(mtx);
1030                 }
1031         }
1032
1033         return 0;
1034 }
1035
1036 void spuctx_switch_state(struct spu_context *ctx,
1037                 enum spu_utilization_state new_state)
1038 {
1039         unsigned long long curtime;
1040         signed long long delta;
1041         struct timespec ts;
1042         struct spu *spu;
1043         enum spu_utilization_state old_state;
1044         int node;
1045
1046         ktime_get_ts(&ts);
1047         curtime = timespec_to_ns(&ts);
1048         delta = curtime - ctx->stats.tstamp;
1049
1050         WARN_ON(!mutex_is_locked(&ctx->state_mutex));
1051         WARN_ON(delta < 0);
1052
1053         spu = ctx->spu;
1054         old_state = ctx->stats.util_state;
1055         ctx->stats.util_state = new_state;
1056         ctx->stats.tstamp = curtime;
1057
1058         /*
1059          * Update the physical SPU utilization statistics.
1060          */
1061         if (spu) {
1062                 ctx->stats.times[old_state] += delta;
1063                 spu->stats.times[old_state] += delta;
1064                 spu->stats.util_state = new_state;
1065                 spu->stats.tstamp = curtime;
1066                 node = spu->node;
1067                 if (old_state == SPU_UTIL_USER)
1068                         atomic_dec(&cbe_spu_info[node].busy_spus);
1069                 if (new_state == SPU_UTIL_USER)
1070                         atomic_inc(&cbe_spu_info[node].busy_spus);
1071         }
1072 }
1073
1074 #define LOAD_INT(x) ((x) >> FSHIFT)
1075 #define LOAD_FRAC(x) LOAD_INT(((x) & (FIXED_1-1)) * 100)
1076
1077 static int show_spu_loadavg(struct seq_file *s, void *private)
1078 {
1079         int a, b, c;
1080
1081         a = spu_avenrun[0] + (FIXED_1/200);
1082         b = spu_avenrun[1] + (FIXED_1/200);
1083         c = spu_avenrun[2] + (FIXED_1/200);
1084
1085         /*
1086          * Note that last_pid doesn't really make much sense for the
1087          * SPU loadavg (it even seems very odd on the CPU side...),
1088          * but we include it here to have a 100% compatible interface.
1089          */
1090         seq_printf(s, "%d.%02d %d.%02d %d.%02d %ld/%d %d\n",
1091                 LOAD_INT(a), LOAD_FRAC(a),
1092                 LOAD_INT(b), LOAD_FRAC(b),
1093                 LOAD_INT(c), LOAD_FRAC(c),
1094                 count_active_contexts(),
1095                 atomic_read(&nr_spu_contexts),
1096                 current->nsproxy->pid_ns->last_pid);
1097         return 0;
1098 }
1099
1100 static int spu_loadavg_open(struct inode *inode, struct file *file)
1101 {
1102         return single_open(file, show_spu_loadavg, NULL);
1103 }
1104
1105 static const struct file_operations spu_loadavg_fops = {
1106         .open           = spu_loadavg_open,
1107         .read           = seq_read,
1108         .llseek         = seq_lseek,
1109         .release        = single_release,
1110 };
1111
1112 int __init spu_sched_init(void)
1113 {
1114         struct proc_dir_entry *entry;
1115         int err = -ENOMEM, i;
1116
1117         spu_prio = kzalloc(sizeof(struct spu_prio_array), GFP_KERNEL);
1118         if (!spu_prio)
1119                 goto out;
1120
1121         for (i = 0; i < MAX_PRIO; i++) {
1122                 INIT_LIST_HEAD(&spu_prio->runq[i]);
1123                 __clear_bit(i, spu_prio->bitmap);
1124         }
1125         spin_lock_init(&spu_prio->runq_lock);
1126
1127         setup_timer(&spusched_timer, spusched_wake, 0);
1128         setup_timer(&spuloadavg_timer, spuloadavg_wake, 0);
1129
1130         spusched_task = kthread_run(spusched_thread, NULL, "spusched");
1131         if (IS_ERR(spusched_task)) {
1132                 err = PTR_ERR(spusched_task);
1133                 goto out_free_spu_prio;
1134         }
1135
1136         mod_timer(&spuloadavg_timer, 0);
1137
1138         entry = proc_create("spu_loadavg", 0, NULL, &spu_loadavg_fops);
1139         if (!entry)
1140                 goto out_stop_kthread;
1141
1142         pr_debug("spusched: tick: %d, min ticks: %d, default ticks: %d\n",
1143                         SPUSCHED_TICK, MIN_SPU_TIMESLICE, DEF_SPU_TIMESLICE);
1144         return 0;
1145
1146  out_stop_kthread:
1147         kthread_stop(spusched_task);
1148  out_free_spu_prio:
1149         kfree(spu_prio);
1150  out:
1151         return err;
1152 }
1153
1154 void spu_sched_exit(void)
1155 {
1156         struct spu *spu;
1157         int node;
1158
1159         remove_proc_entry("spu_loadavg", NULL);
1160
1161         del_timer_sync(&spusched_timer);
1162         del_timer_sync(&spuloadavg_timer);
1163         kthread_stop(spusched_task);
1164
1165         for (node = 0; node < MAX_NUMNODES; node++) {
1166                 mutex_lock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
1167                 list_for_each_entry(spu, &cbe_spu_info[node].spus, cbe_list)
1168                         if (spu->alloc_state != SPU_FREE)
1169                                 spu->alloc_state = SPU_FREE;
1170                 mutex_unlock(&cbe_spu_info[node].list_mutex);
1171         }
1172         kfree(spu_prio);
1173 }