kernel/time/tick-sched.c

   1 /*
   2  *  linux/kernel/time/tick-sched.c
   3  *
   4  *  Copyright(C) 2005-2006, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   5  *  Copyright(C) 2005-2007, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   6  *  Copyright(C) 2006-2007  Timesys Corp., Thomas Gleixner
   7  *
   8  *  No idle tick implementation for low and high resolution timers
   9  *
  10  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
  11  *
  12  *  For licencing details see kernel-base/COPYING
  13  */
  14 #include <linux/cpu.h>
  15 #include <linux/err.h>
  16 #include <linux/hrtimer.h>
  17 #include <linux/interrupt.h>
  18 #include <linux/kernel_stat.h>
  19 #include <linux/percpu.h>
  20 #include <linux/profile.h>
  21 #include <linux/sched.h>
  22 #include <linux/tick.h>
  23
  24 #include <asm/irq_regs.h>
  25
  26 #include "tick-internal.h"
  27
  28 /*
  29  * Per cpu nohz control structure
  30  */
  31 static DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
  32
  33 /*
  34  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by xtime_lock.
  35  */
  36 static ktime_t last_jiffies_update;
  37
  38 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
  39 {
  40         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
  41 }
  42
  43 /*
  44  * Must be called with interrupts disabled !
  45  */
  46 static void tick_do_update_jiffies64(ktime_t now)
  47 {
  48         unsigned long ticks = 0;
  49         ktime_t delta;
  50
  51         /* Reevalute with xtime_lock held */
  52         write_seqlock(&xtime_lock);
  53
  54         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
  55         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
  56
  57                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
  58                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
  59                                                 tick_period);
  60
  61                 /* Slow path for long timeouts */
  62                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
  63                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
  64
  65                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
  66
  67                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
  68                                                            incr * ticks);
  69                 }
  70                 do_timer(++ticks);
  71         }
  72         write_sequnlock(&xtime_lock);
  73 }
  74
  75 /*
  76  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
  77  */
  78 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
  79 {
  80         ktime_t period;
  81
  82         write_seqlock(&xtime_lock);
  83         /* Did we start the jiffies update yet ? */
  84         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
  85                 last_jiffies_update = tick_next_period;
  86         period = last_jiffies_update;
  87         write_sequnlock(&xtime_lock);
  88         return period;
  89 }
  90
  91 /*
  92  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
  93  */
  94 #ifdef CONFIG_NO_HZ
  95 /*
  96  * NO HZ enabled ?
  97  */
  98 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
  99
 100 /*
 101  * Enable / Disable tickless mode
 102  */
 103 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 104 {
 105         if (!strcmp(str, "off"))
 106                 tick_nohz_enabled = 0;
 107         else if (!strcmp(str, "on"))
 108                 tick_nohz_enabled = 1;
 109         else
 110                 return 0;
 111         return 1;
 112 }
 113
 114 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 115
 116 /**
 117  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 118  *
 119  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 120  *
 121  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 122  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 123  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
 124  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
 125  */
 126 void tick_nohz_update_jiffies(void)
 127 {
 128         int cpu = smp_processor_id();
 129         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 130         unsigned long flags;
 131         ktime_t now;
 132
 133         if (!ts->tick_stopped)
 134                 return;
 135
 136         touch_softlockup_watchdog();
 137
 138         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 139         now = ktime_get();
 140
 141         local_irq_save(flags);
 142         tick_do_update_jiffies64(now);
 143         local_irq_restore(flags);
 144 }
 145
 146 /**
 147  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
 148  *
 149  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 150  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
 151  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
 152  */
 153 void tick_nohz_stop_sched_tick(void)
 154 {
 155         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
 156         struct tick_sched *ts;
 157         ktime_t last_update, expires, now, delta;
 158         struct clock_event_device *dev = __get_cpu_var(tick_cpu_device).evtdev;
 159         int cpu;
 160
 161         local_irq_save(flags);
 162
 163         cpu = smp_processor_id();
 164         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 165
 166         /*
 167          * If this cpu is offline and it is the one which updates
 168          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 169          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
 170          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 171          * invoked.
 172          */
 173         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 174                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 175                         tick_do_timer_cpu = -1;
 176         }
 177
 178         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
 179                 goto end;
 180
 181         if (need_resched())
 182                 goto end;
 183
 184         cpu = smp_processor_id();
 185         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
 186                 static int ratelimit;
 187
 188                 if (ratelimit < 10) {
 189                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 190                                local_softirq_pending());
 191                         ratelimit++;
 192                 }
 193         }
 194
 195         now = ktime_get();
 196         /*
 197          * When called from irq_exit we need to account the idle sleep time
 198          * correctly.
 199          */
 200         if (ts->tick_stopped) {
 201                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 202                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 203         }
 204
 205         ts->idle_entrytime = now;
 206         ts->idle_calls++;
 207
 208         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 209         do {
 210                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
 211                 last_update = last_jiffies_update;
 212                 last_jiffies = jiffies;
 213         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
 214
 215         /* Get the next timer wheel timer */
 216         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 217         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 218
 219         if (rcu_needs_cpu(cpu))
 220                 delta_jiffies = 1;
 221         /*
 222          * Do not stop the tick, if we are only one off
 223          * or if the cpu is required for rcu
 224          */
 225         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
 226                 goto out;
 227
 228         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 229         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 230
 231                 if (delta_jiffies > 1)
 232                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
 233                 /*
 234                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 235                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 236                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 237                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 238                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 239                  */
 240                 if (!ts->tick_stopped) {
 241                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
 242                                 /*
 243                                  * sched tick not stopped!
 244                                  */
 245                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 246                                 goto out;
 247                         }
 248
 249                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
 250                         ts->tick_stopped = 1;
 251                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
 252                 }
 253
 254                 /*
 255                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 256                  * give up the assignment and let it be taken by the
 257                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 258                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 259                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 260                  * invoked.
 261                  */
 262                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 263                         tick_do_timer_cpu = -1;
 264
 265                 ts->idle_sleeps++;
 266
 267                 /*
 268                  * delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals that
 269                  * there is no timer pending or at least extremly far
 270                  * into the future (12 days for HZ=1000). In this case
 271                  * we simply stop the tick timer:
 272                  */
 273                 if (unlikely(delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
 274                         ts->idle_expires.tv64 = KTIME_MAX;
 275                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 276                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 277                         goto out;
 278                 }
 279
 280                 /*
 281                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 282                  * timer
 283                  */
 284                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
 285                                        delta_jiffies);
 286                 ts->idle_expires = expires;
 287
 288                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 289                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 290                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 291                         /* Check, if the timer was already in the past */
 292                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 293                                 goto out;
 294                 } else if(!tick_program_event(expires, 0))
 295                                 goto out;
 296                 /*
 297                  * We are past the event already. So we crossed a
 298                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
 299                  * softirq.
 300                  */
 301                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
 302                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 303         }
 304         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
 305 out:
 306         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 307         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 308         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 309 end:
 310         local_irq_restore(flags);
 311 }
 312
 313 /**
 314  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
 315  *
 316  * Called from power state control code with interrupts disabled
 317  */
 318 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
 319 {
 320         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 321
 322         return ts->sleep_length;
 323 }
 324
 325 /**
 326  * tick_nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
 327  *
 328  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 329  */
 330 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
 331 {
 332         int cpu = smp_processor_id();
 333         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 334         unsigned long ticks;
 335         ktime_t now, delta;
 336
 337         if (!ts->tick_stopped)
 338                 return;
 339
 340         /* Update jiffies first */
 341         now = ktime_get();
 342
 343         local_irq_disable();
 344         select_nohz_load_balancer(0);
 345         tick_do_update_jiffies64(now);
 346         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 347
 348         /* Account the idle time */
 349         delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 350         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 351
 352         /*
 353          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 354          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 355          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 356          */
 357         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 358         /*
 359          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 360          */
 361         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
 362                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 363                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
 364                                     jiffies_to_cputime(ticks));
 365                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 366         }
 367
 368         /*
 369          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 370          */
 371         ts->tick_stopped  = 0;
 372         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 373         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
 374
 375         while (1) {
 376                 /* Forward the time to expire in the future */
 377                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 378
 379                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 380                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
 381                                       ts->sched_timer.expires,
 382                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 383                         /* Check, if the timer was already in the past */
 384                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 385                                 break;
 386                 } else {
 387                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
 388                                 break;
 389                 }
 390                 /* Update jiffies and reread time */
 391                 tick_do_update_jiffies64(now);
 392                 now = ktime_get();
 393         }
 394         local_irq_enable();
 395 }
 396
 397 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 398 {
 399         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 400         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
 401 }
 402
 403 /*
 404  * The nohz low res interrupt handler
 405  */
 406 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 407 {
 408         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 409         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 410         int cpu = smp_processor_id();
 411         ktime_t now = ktime_get();
 412
 413         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 414
 415         /*
 416          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 417          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 418          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 419          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 420          * xtime_lock.
 421          */
 422         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 423                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 424
 425         /* Check, if the jiffies need an update */
 426         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 427                 tick_do_update_jiffies64(now);
 428
 429         /*
 430          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 431          * the watchdog as we might not schedule for a really long
 432          * time. This happens on complete idle SMP systems while
 433          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
 434          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
 435          * do when we go busy again does not account too much ticks.
 436          */
 437         if (ts->tick_stopped) {
 438                 touch_softlockup_watchdog();
 439                 ts->idle_jiffies++;
 440         }
 441
 442         update_process_times(user_mode(regs));
 443         profile_tick(CPU_PROFILING);
 444
 445         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 446         if (ts->tick_stopped)
 447                 return;
 448
 449         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
 450                 now = ktime_get();
 451                 tick_do_update_jiffies64(now);
 452         }
 453 }
 454
 455 /**
 456  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
 457  */
 458 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
 459 {
 460         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 461         ktime_t next;
 462
 463         if (!tick_nohz_enabled)
 464                 return;
 465
 466         local_irq_disable();
 467         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
 468                 local_irq_enable();
 469                 return;
 470         }
 471
 472         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
 473
 474         /*
 475          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
 476          * hrtimer_forward with the highres code.
 477          */
 478         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 479         /* Get the next period */
 480         next = tick_init_jiffy_update();
 481
 482         for (;;) {
 483                 ts->sched_timer.expires = next;
 484                 if (!tick_program_event(next, 0))
 485                         break;
 486                 next = ktime_add(next, tick_period);
 487         }
 488         local_irq_enable();
 489
 490         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
 491                smp_processor_id());
 492 }
 493
 494 #else
 495
 496 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
 497
 498 #endif /* NO_HZ */
 499
 500 /*
 501  * High resolution timer specific code
 502  */
 503 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 504 /*
 505  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code
 506  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
 507  */
 508 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
 509 {
 510         struct tick_sched *ts =
 511                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
 512         struct hrtimer_cpu_base *base = timer->base->cpu_base;
 513         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 514         ktime_t now = ktime_get();
 515         int cpu = smp_processor_id();
 516
 517 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 518         /*
 519          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 520          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 521          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 522          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 523          * xtime_lock.
 524          */
 525         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 526                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 527 #endif
 528
 529         /* Check, if the jiffies need an update */
 530         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 531                 tick_do_update_jiffies64(now);
 532
 533         /*
 534          * Do not call, when we are not in irq context and have
 535          * no valid regs pointer
 536          */
 537         if (regs) {
 538                 /*
 539                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 540                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
 541                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
 542                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
 543                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
 544                  * when we go busy again does not account too much ticks.
 545                  */
 546                 if (ts->tick_stopped) {
 547                         touch_softlockup_watchdog();
 548                         ts->idle_jiffies++;
 549                 }
 550                 /*
 551                  * update_process_times() might take tasklist_lock, hence
 552                  * drop the base lock. sched-tick hrtimers are per-CPU and
 553                  * never accessible by userspace APIs, so this is safe to do.
 554                  */
 555                 spin_unlock(&base->lock);
 556                 update_process_times(user_mode(regs));
 557                 profile_tick(CPU_PROFILING);
 558                 spin_lock(&base->lock);
 559         }
 560
 561         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 562         if (ts->tick_stopped)
 563                 return HRTIMER_NORESTART;
 564
 565         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
 566
 567         return HRTIMER_RESTART;
 568 }
 569
 570 /**
 571  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
 572  */
 573 void tick_setup_sched_timer(void)
 574 {
 575         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 576         ktime_t now = ktime_get();
 577         u64 offset;
 578
 579         /*
 580          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
 581          */
 582         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 583         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
 584         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
 585
 586         /* Get the next period (per cpu) */
 587         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
 588         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
 589         do_div(offset, num_possible_cpus());
 590         offset *= smp_processor_id();
 591         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
 592
 593         for (;;) {
 594                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 595                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
 596                               HRTIMER_MODE_ABS);
 597                 /* Check, if the timer was already in the past */
 598                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 599                         break;
 600                 now = ktime_get();
 601         }
 602
 603 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 604         if (tick_nohz_enabled)
 605                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
 606 #endif
 607 }
 608
 609 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
 610 {
 611         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 612
 613         if (ts->sched_timer.base)
 614                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 615         ts->tick_stopped = 0;
 616         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
 617 }
 618 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
 619
 620 /**
 621  * Async notification about clocksource changes
 622  */
 623 void tick_clock_notify(void)
 624 {
 625         int cpu;
 626
 627         for_each_possible_cpu(cpu)
 628                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
 629 }
 630
 631 /*
 632  * Async notification about clock event changes
 633  */
 634 void tick_oneshot_notify(void)
 635 {
 636         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 637
 638         set_bit(0, &ts->check_clocks);
 639 }
 640
 641 /**
 642  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
 643  *
 644  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
 645  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
 646  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
 647  * or runtime).
 648  */
 649 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
 650 {
 651         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 652
 653         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
 654                 return 0;
 655
 656         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
 657                 return 0;
 658
 659         if (!timekeeping_is_continuous() || !tick_is_oneshot_available())
 660                 return 0;
 661
 662         if (!allow_nohz)
 663                 return 1;
 664
 665         tick_nohz_switch_to_nohz();
 666         return 0;
 667 }