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