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         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 137         now = ktime_get();
 138
 139         local_irq_save(flags);
 140         tick_do_update_jiffies64(now);
 141         local_irq_restore(flags);
 142 }
 143
 144 /**
 145  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
 146  *
 147  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 148  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
 149  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
 150  */
 151 void tick_nohz_stop_sched_tick(void)
 152 {
 153         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
 154         struct tick_sched *ts;
 155         ktime_t last_update, expires, now, delta;
 156         int cpu;
 157
 158         local_irq_save(flags);
 159
 160         cpu = smp_processor_id();
 161         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 162
 163         /*
 164          * If this cpu is offline and it is the one which updates
 165          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 166          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
 167          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 168          * invoked.
 169          */
 170         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 171                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 172                         tick_do_timer_cpu = -1;
 173         }
 174
 175         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
 176                 goto end;
 177
 178         if (need_resched())
 179                 goto end;
 180
 181         cpu = smp_processor_id();
 182         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
 183                 static int ratelimit;
 184
 185                 if (ratelimit < 10) {
 186                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 187                                local_softirq_pending());
 188                         ratelimit++;
 189                 }
 190         }
 191
 192         now = ktime_get();
 193         /*
 194          * When called from irq_exit we need to account the idle sleep time
 195          * correctly.
 196          */
 197         if (ts->tick_stopped) {
 198                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 199                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 200         }
 201
 202         ts->idle_entrytime = now;
 203         ts->idle_calls++;
 204
 205         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 206         do {
 207                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
 208                 last_update = last_jiffies_update;
 209                 last_jiffies = jiffies;
 210         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
 211
 212         /* Get the next timer wheel timer */
 213         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 214         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 215
 216         if (rcu_needs_cpu(cpu))
 217                 delta_jiffies = 1;
 218         /*
 219          * Do not stop the tick, if we are only one off
 220          * or if the cpu is required for rcu
 221          */
 222         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
 223                 goto out;
 224
 225         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 226         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 227
 228                 if (delta_jiffies > 1)
 229                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
 230                 /*
 231                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 232                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 233                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 234                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 235                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 236                  */
 237                 if (!ts->tick_stopped) {
 238                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
 239                                 /*
 240                                  * sched tick not stopped!
 241                                  */
 242                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 243                                 goto out;
 244                         }
 245
 246                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
 247                         ts->tick_stopped = 1;
 248                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
 249                 }
 250
 251                 /*
 252                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 253                  * give up the assignment and let it be taken by the
 254                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 255                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 256                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 257                  * invoked.
 258                  */
 259                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 260                         tick_do_timer_cpu = -1;
 261
 262                 ts->idle_sleeps++;
 263
 264                 /*
 265                  * delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals that
 266                  * there is no timer pending or at least extremly far
 267                  * into the future (12 days for HZ=1000). In this case
 268                  * we simply stop the tick timer:
 269                  */
 270                 if (unlikely(delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
 271                         ts->idle_expires.tv64 = KTIME_MAX;
 272                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 273                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 274                         goto out;
 275                 }
 276
 277                 /*
 278                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 279                  * timer
 280                  */
 281                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
 282                                        delta_jiffies);
 283                 ts->idle_expires = expires;
 284
 285                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 286                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 287                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 288                         /* Check, if the timer was already in the past */
 289                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 290                                 goto out;
 291                 } else if(!tick_program_event(expires, 0))
 292                                 goto out;
 293                 /*
 294                  * We are past the event already. So we crossed a
 295                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
 296                  * softirq.
 297                  */
 298                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
 299                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 300         }
 301         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
 302 out:
 303         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 304         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 305 end:
 306         local_irq_restore(flags);
 307 }
 308
 309 /**
 310  * nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
 311  *
 312  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 313  */
 314 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
 315 {
 316         int cpu = smp_processor_id();
 317         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 318         unsigned long ticks;
 319         ktime_t now, delta;
 320
 321         if (!ts->tick_stopped)
 322                 return;
 323
 324         /* Update jiffies first */
 325         now = ktime_get();
 326
 327         local_irq_disable();
 328         select_nohz_load_balancer(0);
 329         tick_do_update_jiffies64(now);
 330         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
 331
 332         /* Account the idle time */
 333         delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 334         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 335
 336         /*
 337          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 338          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 339          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 340          */
 341         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 342         /*
 343          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 344          */
 345         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
 346                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 347                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
 348                                     jiffies_to_cputime(ticks));
 349                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
 350         }
 351
 352         /*
 353          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 354          */
 355         ts->tick_stopped  = 0;
 356         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 357         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
 358
 359         while (1) {
 360                 /* Forward the time to expire in the future */
 361                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 362
 363                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 364                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
 365                                       ts->sched_timer.expires,
 366                                       HRTIMER_MODE_ABS);
 367                         /* Check, if the timer was already in the past */
 368                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 369                                 break;
 370                 } else {
 371                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
 372                                 break;
 373                 }
 374                 /* Update jiffies and reread time */
 375                 tick_do_update_jiffies64(now);
 376                 now = ktime_get();
 377         }
 378         local_irq_enable();
 379 }
 380
 381 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 382 {
 383         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 384         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
 385 }
 386
 387 /*
 388  * The nohz low res interrupt handler
 389  */
 390 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 391 {
 392         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 393         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 394         int cpu = smp_processor_id();
 395         ktime_t now = ktime_get();
 396
 397         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 398
 399         /*
 400          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 401          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 402          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 403          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 404          * xtime_lock.
 405          */
 406         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 407                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 408
 409         /* Check, if the jiffies need an update */
 410         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 411                 tick_do_update_jiffies64(now);
 412
 413         /*
 414          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 415          * the watchdog as we might not schedule for a really long
 416          * time. This happens on complete idle SMP systems while
 417          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
 418          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
 419          * do when we go busy again does not account too much ticks.
 420          */
 421         if (ts->tick_stopped) {
 422                 touch_softlockup_watchdog();
 423                 ts->idle_jiffies++;
 424         }
 425
 426         update_process_times(user_mode(regs));
 427         profile_tick(CPU_PROFILING);
 428
 429         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 430         if (ts->tick_stopped)
 431                 return;
 432
 433         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
 434                 now = ktime_get();
 435                 tick_do_update_jiffies64(now);
 436         }
 437 }
 438
 439 /**
 440  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
 441  */
 442 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
 443 {
 444         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 445         ktime_t next;
 446
 447         if (!tick_nohz_enabled)
 448                 return;
 449
 450         local_irq_disable();
 451         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
 452                 local_irq_enable();
 453                 return;
 454         }
 455
 456         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
 457
 458         /*
 459          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
 460          * hrtimer_forward with the highres code.
 461          */
 462         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 463         /* Get the next period */
 464         next = tick_init_jiffy_update();
 465
 466         for (;;) {
 467                 ts->sched_timer.expires = next;
 468                 if (!tick_program_event(next, 0))
 469                         break;
 470                 next = ktime_add(next, tick_period);
 471         }
 472         local_irq_enable();
 473
 474         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
 475                smp_processor_id());
 476 }
 477
 478 #else
 479
 480 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
 481
 482 #endif /* NO_HZ */
 483
 484 /*
 485  * High resolution timer specific code
 486  */
 487 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 488 /*
 489  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code
 490  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
 491  */
 492 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
 493 {
 494         struct tick_sched *ts =
 495                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
 496         struct hrtimer_cpu_base *base = timer->base->cpu_base;
 497         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 498         ktime_t now = ktime_get();
 499         int cpu = smp_processor_id();
 500
 501 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 502         /*
 503          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 504          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
 505          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
 506          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 507          * xtime_lock.
 508          */
 509         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
 510                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 511 #endif
 512
 513         /* Check, if the jiffies need an update */
 514         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 515                 tick_do_update_jiffies64(now);
 516
 517         /*
 518          * Do not call, when we are not in irq context and have
 519          * no valid regs pointer
 520          */
 521         if (regs) {
 522                 /*
 523                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 524                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
 525                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
 526                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
 527                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
 528                  * when we go busy again does not account too much ticks.
 529                  */
 530                 if (ts->tick_stopped) {
 531                         touch_softlockup_watchdog();
 532                         ts->idle_jiffies++;
 533                 }
 534                 /*
 535                  * update_process_times() might take tasklist_lock, hence
 536                  * drop the base lock. sched-tick hrtimers are per-CPU and
 537                  * never accessible by userspace APIs, so this is safe to do.
 538                  */
 539                 spin_unlock(&base->lock);
 540                 update_process_times(user_mode(regs));
 541                 profile_tick(CPU_PROFILING);
 542                 spin_lock(&base->lock);
 543         }
 544
 545         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
 546         if (ts->tick_stopped)
 547                 return HRTIMER_NORESTART;
 548
 549         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
 550
 551         return HRTIMER_RESTART;
 552 }
 553
 554 /**
 555  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
 556  */
 557 void tick_setup_sched_timer(void)
 558 {
 559         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 560         ktime_t now = ktime_get();
 561         u64 offset;
 562
 563         /*
 564          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
 565          */
 566         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
 567         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
 568         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
 569
 570         /* Get the next period (per cpu) */
 571         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
 572         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
 573         do_div(offset, NR_CPUS);
 574         offset *= smp_processor_id();
 575         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
 576
 577         for (;;) {
 578                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 579                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
 580                               HRTIMER_MODE_ABS);
 581                 /* Check, if the timer was already in the past */
 582                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 583                         break;
 584                 now = ktime_get();
 585         }
 586
 587 #ifdef CONFIG_NO_HZ
 588         if (tick_nohz_enabled)
 589                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
 590 #endif
 591 }
 592
 593 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
 594 {
 595         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 596
 597         if (ts->sched_timer.base)
 598                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 599         ts->tick_stopped = 0;
 600         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
 601 }
 602 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
 603
 604 /**
 605  * Async notification about clocksource changes
 606  */
 607 void tick_clock_notify(void)
 608 {
 609         int cpu;
 610
 611         for_each_possible_cpu(cpu)
 612                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
 613 }
 614
 615 /*
 616  * Async notification about clock event changes
 617  */
 618 void tick_oneshot_notify(void)
 619 {
 620         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 621
 622         set_bit(0, &ts->check_clocks);
 623 }
 624
 625 /**
 626  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
 627  *
 628  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
 629  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
 630  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
 631  * or runtime).
 632  */
 633 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
 634 {
 635         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
 636
 637         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
 638                 return 0;
 639
 640         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
 641                 return 0;
 642
 643         if (!timekeeping_is_continuous() || !tick_is_oneshot_available())
 644                 return 0;
 645
 646         if (!allow_nohz)
 647                 return 1;
 648
 649         tick_nohz_switch_to_nohz();
 650         return 0;
 651 }