arch/s390/kernel/vtime.c

   1 /*
   2  *  arch/s390/kernel/vtime.c
   3  *    Virtual cpu timer based timer functions.
   4  *
   5  *  S390 version
   6  *    Copyright (C) 2004 IBM Deutschland Entwicklung GmbH, IBM Corporation
   7  *    Author(s): Jan Glauber <jan.glauber@de.ibm.com>
   8  */
   9
  10 #include <linux/module.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/time.h>
  13 #include <linux/delay.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <linux/smp.h>
  16 #include <linux/types.h>
  17 #include <linux/timex.h>
  18 #include <linux/notifier.h>
  19 #include <linux/kernel_stat.h>
  20 #include <linux/rcupdate.h>
  21 #include <linux/posix-timers.h>
  22
  23 #include <asm/s390_ext.h>
  24 #include <asm/timer.h>
  25 #include <asm/irq_regs.h>
  26 #include <asm/cputime.h>
  27
  28 static DEFINE_PER_CPU(struct vtimer_queue, virt_cpu_timer);
  29
  30 DEFINE_PER_CPU(struct s390_idle_data, s390_idle);
  31
  32 static inline __u64 get_vtimer(void)
  33 {
  34         __u64 timer;
  35
  36         asm volatile("STPT %0" : "=m" (timer));
  37         return timer;
  38 }
  39
  40 static inline void set_vtimer(__u64 expires)
  41 {
  42         __u64 timer;
  43
  44         asm volatile ("  STPT %0\n"  /* Store current cpu timer value */
  45                       "  SPT %1"     /* Set new value immediatly afterwards */
  46                       : "=m" (timer) : "m" (expires) );
  47         S390_lowcore.system_timer += S390_lowcore.last_update_timer - timer;
  48         S390_lowcore.last_update_timer = expires;
  49 }
  50
  51 /*
  52  * Update process times based on virtual cpu times stored by entry.S
  53  * to the lowcore fields user_timer, system_timer & steal_clock.
  54  */
  55 static void do_account_vtime(struct task_struct *tsk, int hardirq_offset)
  56 {
  57         struct thread_info *ti = task_thread_info(tsk);
  58         __u64 timer, clock, user, system, steal;
  59
  60         timer = S390_lowcore.last_update_timer;
  61         clock = S390_lowcore.last_update_clock;
  62         asm volatile ("  STPT %0\n"    /* Store current cpu timer value */
  63                       "  STCK %1"      /* Store current tod clock value */
  64                       : "=m" (S390_lowcore.last_update_timer),
  65                         "=m" (S390_lowcore.last_update_clock) );
  66         S390_lowcore.system_timer += timer - S390_lowcore.last_update_timer;
  67         S390_lowcore.steal_timer += S390_lowcore.last_update_clock - clock;
  68
  69         user = S390_lowcore.user_timer - ti->user_timer;
  70         S390_lowcore.steal_timer -= user;
  71         ti->user_timer = S390_lowcore.user_timer;
  72         account_user_time(tsk, user, user);
  73
  74         system = S390_lowcore.system_timer - ti->system_timer;
  75         S390_lowcore.steal_timer -= system;
  76         ti->system_timer = S390_lowcore.system_timer;
  77         account_system_time(tsk, hardirq_offset, system, system);
  78
  79         steal = S390_lowcore.steal_timer;
  80         if ((s64) steal > 0) {
  81                 S390_lowcore.steal_timer = 0;
  82                 account_steal_time(steal);
  83         }
  84 }
  85
  86 void account_vtime(struct task_struct *prev, struct task_struct *next)
  87 {
  88         struct thread_info *ti;
  89
  90         do_account_vtime(prev, 0);
  91         ti = task_thread_info(prev);
  92         ti->user_timer = S390_lowcore.user_timer;
  93         ti->system_timer = S390_lowcore.system_timer;
  94         ti = task_thread_info(next);
  95         S390_lowcore.user_timer = ti->user_timer;
  96         S390_lowcore.system_timer = ti->system_timer;
  97 }
  98
  99 void account_process_tick(struct task_struct *tsk, int user_tick)
 100 {
 101         do_account_vtime(tsk, HARDIRQ_OFFSET);
 102 }
 103
 104 /*
 105  * Update process times based on virtual cpu times stored by entry.S
 106  * to the lowcore fields user_timer, system_timer & steal_clock.
 107  */
 108 void account_system_vtime(struct task_struct *tsk)
 109 {
 110         struct thread_info *ti = task_thread_info(tsk);
 111         __u64 timer, system;
 112
 113         timer = S390_lowcore.last_update_timer;
 114         S390_lowcore.last_update_timer = get_vtimer();
 115         S390_lowcore.system_timer += timer - S390_lowcore.last_update_timer;
 116
 117         system = S390_lowcore.system_timer - ti->system_timer;
 118         S390_lowcore.steal_timer -= system;
 119         ti->system_timer = S390_lowcore.system_timer;
 120         account_system_time(tsk, 0, system, system);
 121 }
 122 EXPORT_SYMBOL_GPL(account_system_vtime);
 123
 124 void vtime_start_cpu(void)
 125 {
 126         struct s390_idle_data *idle = &__get_cpu_var(s390_idle);
 127         struct vtimer_queue *vq = &__get_cpu_var(virt_cpu_timer);
 128         __u64 idle_time, expires;
 129
 130         /* Account time spent with enabled wait psw loaded as idle time. */
 131         idle_time = S390_lowcore.int_clock - idle->idle_enter;
 132         account_idle_time(idle_time);
 133         S390_lowcore.steal_timer +=
 134                 idle->idle_enter - S390_lowcore.last_update_clock;
 135         S390_lowcore.last_update_clock = S390_lowcore.int_clock;
 136
 137         /* Account system time spent going idle. */
 138         S390_lowcore.system_timer += S390_lowcore.last_update_timer - vq->idle;
 139         S390_lowcore.last_update_timer = S390_lowcore.async_enter_timer;
 140
 141         /* Restart vtime CPU timer */
 142         if (vq->do_spt) {
 143                 /* Program old expire value but first save progress. */
 144                 expires = vq->idle - S390_lowcore.async_enter_timer;
 145                 expires += get_vtimer();
 146                 set_vtimer(expires);
 147         } else {
 148                 /* Don't account the CPU timer delta while the cpu was idle. */
 149                 vq->elapsed -= vq->idle - S390_lowcore.async_enter_timer;
 150         }
 151
 152         idle->sequence++;
 153         smp_wmb();
 154         idle->idle_time += idle_time;
 155         idle->idle_enter = 0ULL;
 156         idle->idle_count++;
 157         smp_wmb();
 158         idle->sequence++;
 159 }
 160
 161 void vtime_stop_cpu(void)
 162 {
 163         struct s390_idle_data *idle = &__get_cpu_var(s390_idle);
 164         struct vtimer_queue *vq = &__get_cpu_var(virt_cpu_timer);
 165         psw_t psw;
 166
 167         /* Wait for external, I/O or machine check interrupt. */
 168         psw.mask = psw_kernel_bits | PSW_MASK_WAIT | PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT;
 169
 170         idle->nohz_delay = 0;
 171
 172         /* Check if the CPU timer needs to be reprogrammed. */
 173         if (vq->do_spt) {
 174                 __u64 vmax = VTIMER_MAX_SLICE;
 175                 /*
 176                  * The inline assembly is equivalent to
 177                  *      vq->idle = get_cpu_timer();
 178                  *      set_cpu_timer(VTIMER_MAX_SLICE);
 179                  *      idle->idle_enter = get_clock();
 180                  *      __load_psw_mask(psw_kernel_bits | PSW_MASK_WAIT |
 181                  *                         PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT);
 182                  * The difference is that the inline assembly makes sure that
 183                  * the last three instruction are stpt, stck and lpsw in that
 184                  * order. This is done to increase the precision.
 185                  */
 186                 asm volatile(
 187 #ifndef CONFIG_64BIT
 188                         "       basr    1,0\n"
 189                         "0:     ahi     1,1f-0b\n"
 190                         "       st      1,4(%2)\n"
 191 #else /* CONFIG_64BIT */
 192                         "       larl    1,1f\n"
 193                         "       stg     1,8(%2)\n"
 194 #endif /* CONFIG_64BIT */
 195                         "       stpt    0(%4)\n"
 196                         "       spt     0(%5)\n"
 197                         "       stck    0(%3)\n"
 198 #ifndef CONFIG_64BIT
 199                         "       lpsw    0(%2)\n"
 200 #else /* CONFIG_64BIT */
 201                         "       lpswe   0(%2)\n"
 202 #endif /* CONFIG_64BIT */
 203                         "1:"
 204                         : "=m" (idle->idle_enter), "=m" (vq->idle)
 205                         : "a" (&psw), "a" (&idle->idle_enter),
 206                           "a" (&vq->idle), "a" (&vmax), "m" (vmax), "m" (psw)
 207                         : "memory", "cc", "1");
 208         } else {
 209                 /*
 210                  * The inline assembly is equivalent to
 211                  *      vq->idle = get_cpu_timer();
 212                  *      idle->idle_enter = get_clock();
 213                  *      __load_psw_mask(psw_kernel_bits | PSW_MASK_WAIT |
 214                  *                         PSW_MASK_IO | PSW_MASK_EXT);
 215                  * The difference is that the inline assembly makes sure that
 216                  * the last three instruction are stpt, stck and lpsw in that
 217                  * order. This is done to increase the precision.
 218                  */
 219                 asm volatile(
 220 #ifndef CONFIG_64BIT
 221                         "       basr    1,0\n"
 222                         "0:     ahi     1,1f-0b\n"
 223                         "       st      1,4(%2)\n"
 224 #else /* CONFIG_64BIT */
 225                         "       larl    1,1f\n"
 226                         "       stg     1,8(%2)\n"
 227 #endif /* CONFIG_64BIT */
 228                         "       stpt    0(%4)\n"
 229                         "       stck    0(%3)\n"
 230 #ifndef CONFIG_64BIT
 231                         "       lpsw    0(%2)\n"
 232 #else /* CONFIG_64BIT */
 233                         "       lpswe   0(%2)\n"
 234 #endif /* CONFIG_64BIT */
 235                         "1:"
 236                         : "=m" (idle->idle_enter), "=m" (vq->idle)
 237                         : "a" (&psw), "a" (&idle->idle_enter),
 238                           "a" (&vq->idle), "m" (psw)
 239                         : "memory", "cc", "1");
 240         }
 241 }
 242
 243 cputime64_t s390_get_idle_time(int cpu)
 244 {
 245         struct s390_idle_data *idle;
 246         unsigned long long now, idle_time, idle_enter;
 247         unsigned int sequence;
 248
 249         idle = &per_cpu(s390_idle, cpu);
 250
 251         now = get_clock();
 252 repeat:
 253         sequence = idle->sequence;
 254         smp_rmb();
 255         if (sequence & 1)
 256                 goto repeat;
 257         idle_time = 0;
 258         idle_enter = idle->idle_enter;
 259         if (idle_enter != 0ULL && idle_enter < now)
 260                 idle_time = now - idle_enter;
 261         smp_rmb();
 262         if (idle->sequence != sequence)
 263                 goto repeat;
 264         return idle_time;
 265 }
 266
 267 /*
 268  * Sorted add to a list. List is linear searched until first bigger
 269  * element is found.
 270  */
 271 static void list_add_sorted(struct vtimer_list *timer, struct list_head *head)
 272 {
 273         struct vtimer_list *event;
 274
 275         list_for_each_entry(event, head, entry) {
 276                 if (event->expires > timer->expires) {
 277                         list_add_tail(&timer->entry, &event->entry);
 278                         return;
 279                 }
 280         }
 281         list_add_tail(&timer->entry, head);
 282 }
 283
 284 /*
 285  * Do the callback functions of expired vtimer events.
 286  * Called from within the interrupt handler.
 287  */
 288 static void do_callbacks(struct list_head *cb_list)
 289 {
 290         struct vtimer_queue *vq;
 291         struct vtimer_list *event, *tmp;
 292
 293         if (list_empty(cb_list))
 294                 return;
 295
 296         vq = &__get_cpu_var(virt_cpu_timer);
 297
 298         list_for_each_entry_safe(event, tmp, cb_list, entry) {
 299                 list_del_init(&event->entry);
 300                 (event->function)(event->data);
 301                 if (event->interval) {
 302                         /* Recharge interval timer */
 303                         event->expires = event->interval + vq->elapsed;
 304                         spin_lock(&vq->lock);
 305                         list_add_sorted(event, &vq->list);
 306                         spin_unlock(&vq->lock);
 307                 }
 308         }
 309 }
 310
 311 /*
 312  * Handler for the virtual CPU timer.
 313  */
 314 static void do_cpu_timer_interrupt(__u16 error_code)
 315 {
 316         struct vtimer_queue *vq;
 317         struct vtimer_list *event, *tmp;
 318         struct list_head cb_list;       /* the callback queue */
 319         __u64 elapsed, next;
 320
 321         INIT_LIST_HEAD(&cb_list);
 322         vq = &__get_cpu_var(virt_cpu_timer);
 323
 324         /* walk timer list, fire all expired events */
 325         spin_lock(&vq->lock);
 326
 327         elapsed = vq->elapsed + (vq->timer - S390_lowcore.async_enter_timer);
 328         BUG_ON((s64) elapsed < 0);
 329         vq->elapsed = 0;
 330         list_for_each_entry_safe(event, tmp, &vq->list, entry) {
 331                 if (event->expires < elapsed)
 332                         /* move expired timer to the callback queue */
 333                         list_move_tail(&event->entry, &cb_list);
 334                 else
 335                         event->expires -= elapsed;
 336         }
 337         spin_unlock(&vq->lock);
 338
 339         vq->do_spt = list_empty(&cb_list);
 340         do_callbacks(&cb_list);
 341
 342         /* next event is first in list */
 343         next = VTIMER_MAX_SLICE;
 344         spin_lock(&vq->lock);
 345         if (!list_empty(&vq->list)) {
 346                 event = list_first_entry(&vq->list, struct vtimer_list, entry);
 347                 next = event->expires;
 348         } else
 349                 vq->do_spt = 0;
 350         spin_unlock(&vq->lock);
 351         /*
 352          * To improve precision add the time spent by the
 353          * interrupt handler to the elapsed time.
 354          * Note: CPU timer counts down and we got an interrupt,
 355          *       the current content is negative
 356          */
 357         elapsed = S390_lowcore.async_enter_timer - get_vtimer();
 358         set_vtimer(next - elapsed);
 359         vq->timer = next - elapsed;
 360         vq->elapsed = elapsed;
 361 }
 362
 363 void init_virt_timer(struct vtimer_list *timer)
 364 {
 365         timer->function = NULL;
 366         INIT_LIST_HEAD(&timer->entry);
 367 }
 368 EXPORT_SYMBOL(init_virt_timer);
 369
 370 static inline int vtimer_pending(struct vtimer_list *timer)
 371 {
 372         return (!list_empty(&timer->entry));
 373 }
 374
 375 /*
 376  * this function should only run on the specified CPU
 377  */
 378 static void internal_add_vtimer(struct vtimer_list *timer)
 379 {
 380         struct vtimer_queue *vq;
 381         unsigned long flags;
 382         __u64 left, expires;
 383
 384         vq = &per_cpu(virt_cpu_timer, timer->cpu);
 385         spin_lock_irqsave(&vq->lock, flags);
 386
 387         BUG_ON(timer->cpu != smp_processor_id());
 388
 389         if (list_empty(&vq->list)) {
 390                 /* First timer on this cpu, just program it. */
 391                 list_add(&timer->entry, &vq->list);
 392                 set_vtimer(timer->expires);
 393                 vq->timer = timer->expires;
 394                 vq->elapsed = 0;
 395         } else {
 396                 /* Check progress of old timers. */
 397                 expires = timer->expires;
 398                 left = get_vtimer();
 399                 if (likely((s64) expires < (s64) left)) {
 400                         /* The new timer expires before the current timer. */
 401                         set_vtimer(expires);
 402                         vq->elapsed += vq->timer - left;
 403                         vq->timer = expires;
 404                 } else {
 405                         vq->elapsed += vq->timer - left;
 406                         vq->timer = left;
 407                 }
 408                 /* Insert new timer into per cpu list. */
 409                 timer->expires += vq->elapsed;
 410                 list_add_sorted(timer, &vq->list);
 411         }
 412
 413         spin_unlock_irqrestore(&vq->lock, flags);
 414         /* release CPU acquired in prepare_vtimer or mod_virt_timer() */
 415         put_cpu();
 416 }
 417
 418 static inline void prepare_vtimer(struct vtimer_list *timer)
 419 {
 420         BUG_ON(!timer->function);
 421         BUG_ON(!timer->expires || timer->expires > VTIMER_MAX_SLICE);
 422         BUG_ON(vtimer_pending(timer));
 423         timer->cpu = get_cpu();
 424 }
 425
 426 /*
 427  * add_virt_timer - add an oneshot virtual CPU timer
 428  */
 429 void add_virt_timer(void *new)
 430 {
 431         struct vtimer_list *timer;
 432
 433         timer = (struct vtimer_list *)new;
 434         prepare_vtimer(timer);
 435         timer->interval = 0;
 436         internal_add_vtimer(timer);
 437 }
 438 EXPORT_SYMBOL(add_virt_timer);
 439
 440 /*
 441  * add_virt_timer_int - add an interval virtual CPU timer
 442  */
 443 void add_virt_timer_periodic(void *new)
 444 {
 445         struct vtimer_list *timer;
 446
 447         timer = (struct vtimer_list *)new;
 448         prepare_vtimer(timer);
 449         timer->interval = timer->expires;
 450         internal_add_vtimer(timer);
 451 }
 452 EXPORT_SYMBOL(add_virt_timer_periodic);
 453
 454 int __mod_vtimer(struct vtimer_list *timer, __u64 expires, int periodic)
 455 {
 456         struct vtimer_queue *vq;
 457         unsigned long flags;
 458         int cpu;
 459
 460         BUG_ON(!timer->function);
 461         BUG_ON(!expires || expires > VTIMER_MAX_SLICE);
 462
 463         if (timer->expires == expires && vtimer_pending(timer))
 464                 return 1;
 465
 466         cpu = get_cpu();
 467         vq = &per_cpu(virt_cpu_timer, cpu);
 468
 469         /* disable interrupts before test if timer is pending */
 470         spin_lock_irqsave(&vq->lock, flags);
 471
 472         /* if timer isn't pending add it on the current CPU */
 473         if (!vtimer_pending(timer)) {
 474                 spin_unlock_irqrestore(&vq->lock, flags);
 475
 476                 if (periodic)
 477                         timer->interval = expires;
 478                 else
 479                         timer->interval = 0;
 480                 timer->expires = expires;
 481                 timer->cpu = cpu;
 482                 internal_add_vtimer(timer);
 483                 return 0;
 484         }
 485
 486         /* check if we run on the right CPU */
 487         BUG_ON(timer->cpu != cpu);
 488
 489         list_del_init(&timer->entry);
 490         timer->expires = expires;
 491         if (periodic)
 492                 timer->interval = expires;
 493
 494         /* the timer can't expire anymore so we can release the lock */
 495         spin_unlock_irqrestore(&vq->lock, flags);
 496         internal_add_vtimer(timer);
 497         return 1;
 498 }
 499
 500 /*
 501  * If we change a pending timer the function must be called on the CPU
 502  * where the timer is running on.
 503  *
 504  * returns whether it has modified a pending timer (1) or not (0)
 505  */
 506 int mod_virt_timer(struct vtimer_list *timer, __u64 expires)
 507 {
 508         return __mod_vtimer(timer, expires, 0);
 509 }
 510 EXPORT_SYMBOL(mod_virt_timer);
 511
 512 /*
 513  * If we change a pending timer the function must be called on the CPU
 514  * where the timer is running on.
 515  *
 516  * returns whether it has modified a pending timer (1) or not (0)
 517  */
 518 int mod_virt_timer_periodic(struct vtimer_list *timer, __u64 expires)
 519 {
 520         return __mod_vtimer(timer, expires, 1);
 521 }
 522 EXPORT_SYMBOL(mod_virt_timer_periodic);
 523
 524 /*
 525  * delete a virtual timer
 526  *
 527  * returns whether the deleted timer was pending (1) or not (0)
 528  */
 529 int del_virt_timer(struct vtimer_list *timer)
 530 {
 531         unsigned long flags;
 532         struct vtimer_queue *vq;
 533
 534         /* check if timer is pending */
 535         if (!vtimer_pending(timer))
 536                 return 0;
 537
 538         vq = &per_cpu(virt_cpu_timer, timer->cpu);
 539         spin_lock_irqsave(&vq->lock, flags);
 540
 541         /* we don't interrupt a running timer, just let it expire! */
 542         list_del_init(&timer->entry);
 543
 544         spin_unlock_irqrestore(&vq->lock, flags);
 545         return 1;
 546 }
 547 EXPORT_SYMBOL(del_virt_timer);
 548
 549 /*
 550  * Start the virtual CPU timer on the current CPU.
 551  */
 552 void init_cpu_vtimer(void)
 553 {
 554         struct vtimer_queue *vq;
 555
 556         /* initialize per cpu vtimer structure */
 557         vq = &__get_cpu_var(virt_cpu_timer);
 558         INIT_LIST_HEAD(&vq->list);
 559         spin_lock_init(&vq->lock);
 560
 561         /* enable cpu timer interrupts */
 562         __ctl_set_bit(0,10);
 563 }
 564
 565 void __init vtime_init(void)
 566 {
 567         /* request the cpu timer external interrupt */
 568         if (register_external_interrupt(0x1005, do_cpu_timer_interrupt))
 569                 panic("Couldn't request external interrupt 0x1005");
 570
 571         /* Enable cpu timer interrupts on the boot cpu. */
 572         init_cpu_vtimer();
 573 }
 574