include/linux/hrtimer.h

   1 /*
   2  *  include/linux/hrtimer.h
   3  *
   4  *  hrtimers - High-resolution kernel timers
   5  *
   6  *   Copyright(C) 2005, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   7  *   Copyright(C) 2005, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   8  *
   9  *  data type definitions, declarations, prototypes
  10  *
  11  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
  12  *
  13  *  For licencing details see kernel-base/COPYING
  14  */
  15 #ifndef _LINUX_HRTIMER_H
  16 #define _LINUX_HRTIMER_H
  17
  18 #include <linux/rbtree.h>
  19 #include <linux/ktime.h>
  20 #include <linux/init.h>
  21 #include <linux/list.h>
  22 #include <linux/wait.h>
  23 #include <linux/percpu.h>
  24 #include <linux/timer.h>
  25
  26
  27 struct hrtimer_clock_base;
  28 struct hrtimer_cpu_base;
  29
  30 /*
  31  * Mode arguments of xxx_hrtimer functions:
  32  */
  33 enum hrtimer_mode {
  34         HRTIMER_MODE_ABS = 0x0,         /* Time value is absolute */
  35         HRTIMER_MODE_REL = 0x1,         /* Time value is relative to now */
  36         HRTIMER_MODE_PINNED = 0x02,     /* Timer is bound to CPU */
  37         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED = 0x02,
  38         HRTIMER_MODE_REL_PINNED = 0x03,
  39 };
  40
  41 /*
  42  * Return values for the callback function
  43  */
  44 enum hrtimer_restart {
  45         HRTIMER_NORESTART,      /* Timer is not restarted */
  46         HRTIMER_RESTART,        /* Timer must be restarted */
  47 };
  48
  49 /*
  50  * Values to track state of the timer
  51  *
  52  * Possible states:
  53  *
  54  * 0x00         inactive
  55  * 0x01         enqueued into rbtree
  56  * 0x02         callback function running
  57  *
  58  * Special cases:
  59  * 0x03         callback function running and enqueued
  60  *              (was requeued on another CPU)
  61  * 0x09         timer was migrated on CPU hotunplug
  62  * The "callback function running and enqueued" status is only possible on
  63  * SMP. It happens for example when a posix timer expired and the callback
  64  * queued a signal. Between dropping the lock which protects the posix timer
  65  * and reacquiring the base lock of the hrtimer, another CPU can deliver the
  66  * signal and rearm the timer. We have to preserve the callback running state,
  67  * as otherwise the timer could be removed before the softirq code finishes the
  68  * the handling of the timer.
  69  *
  70  * The HRTIMER_STATE_ENQUEUED bit is always or'ed to the current state to
  71  * preserve the HRTIMER_STATE_CALLBACK bit in the above scenario.
  72  *
  73  * All state transitions are protected by cpu_base->lock.
  74  */
  75 #define HRTIMER_STATE_INACTIVE  0x00
  76 #define HRTIMER_STATE_ENQUEUED  0x01
  77 #define HRTIMER_STATE_CALLBACK  0x02
  78 #define HRTIMER_STATE_MIGRATE   0x04
  79
  80 /**
  81  * struct hrtimer - the basic hrtimer structure
  82  * @node:       red black tree node for time ordered insertion
  83  * @_expires:   the absolute expiry time in the hrtimers internal
  84  *              representation. The time is related to the clock on
  85  *              which the timer is based. Is setup by adding
  86  *              slack to the _softexpires value. For non range timers
  87  *              identical to _softexpires.
  88  * @_softexpires: the absolute earliest expiry time of the hrtimer.
  89  *              The time which was given as expiry time when the timer
  90  *              was armed.
  91  * @function:   timer expiry callback function
  92  * @base:       pointer to the timer base (per cpu and per clock)
  93  * @state:      state information (See bit values above)
  94  * @start_site: timer statistics field to store the site where the timer
  95  *              was started
  96  * @start_comm: timer statistics field to store the name of the process which
  97  *              started the timer
  98  * @start_pid: timer statistics field to store the pid of the task which
  99  *              started the timer
 100  *
 101  * The hrtimer structure must be initialized by hrtimer_init()
 102  */
 103 struct hrtimer {
 104         struct rb_node                  node;
 105         ktime_t                         _expires;
 106         ktime_t                         _softexpires;
 107         enum hrtimer_restart            (*function)(struct hrtimer *);
 108         struct hrtimer_clock_base       *base;
 109         unsigned long                   state;
 110 #ifdef CONFIG_TIMER_STATS
 111         int                             start_pid;
 112         void                            *start_site;
 113         char                            start_comm[16];
 114 #endif
 115 };
 116
 117 /**
 118  * struct hrtimer_sleeper - simple sleeper structure
 119  * @timer:      embedded timer structure
 120  * @task:       task to wake up
 121  *
 122  * task is set to NULL, when the timer expires.
 123  */
 124 struct hrtimer_sleeper {
 125         struct hrtimer timer;
 126         struct task_struct *task;
 127 };
 128
 129 /**
 130  * struct hrtimer_clock_base - the timer base for a specific clock
 131  * @cpu_base:           per cpu clock base
 132  * @index:              clock type index for per_cpu support when moving a
 133  *                      timer to a base on another cpu.
 134  * @active:             red black tree root node for the active timers
 135  * @first:              pointer to the timer node which expires first
 136  * @resolution:         the resolution of the clock, in nanoseconds
 137  * @get_time:           function to retrieve the current time of the clock
 138  * @softirq_time:       the time when running the hrtimer queue in the softirq
 139  * @offset:             offset of this clock to the monotonic base
 140  */
 141 struct hrtimer_clock_base {
 142         struct hrtimer_cpu_base *cpu_base;
 143         clockid_t               index;
 144         struct rb_root          active;
 145         struct rb_node          *first;
 146         ktime_t                 resolution;
 147         ktime_t                 (*get_time)(void);
 148         ktime_t                 softirq_time;
 149 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 150         ktime_t                 offset;
 151 #endif
 152 };
 153
 154 #define HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES 2
 155
 156 /*
 157  * struct hrtimer_cpu_base - the per cpu clock bases
 158  * @lock:               lock protecting the base and associated clock bases
 159  *                      and timers
 160  * @clock_base:         array of clock bases for this cpu
 161  * @expires_next:       absolute time of the next event which was scheduled
 162  *                      via clock_set_next_event()
 163  * @hres_active:        State of high resolution mode
 164  * @hang_detected:      The last hrtimer interrupt detected a hang
 165  * @nr_events:          Total number of hrtimer interrupt events
 166  * @nr_retries:         Total number of hrtimer interrupt retries
 167  * @nr_hangs:           Total number of hrtimer interrupt hangs
 168  * @max_hang_time:      Maximum time spent in hrtimer_interrupt
 169  */
 170 struct hrtimer_cpu_base {
 171         raw_spinlock_t                  lock;
 172         struct hrtimer_clock_base       clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];
 173 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 174         ktime_t                         expires_next;
 175         int                             hres_active;
 176         int                             hang_detected;
 177         unsigned long                   nr_events;
 178         unsigned long                   nr_retries;
 179         unsigned long                   nr_hangs;
 180         ktime_t                         max_hang_time;
 181 #endif
 182 };
 183
 184 static inline void hrtimer_set_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 185 {
 186         timer->_expires = time;
 187         timer->_softexpires = time;
 188 }
 189
 190 static inline void hrtimer_set_expires_range(struct hrtimer *timer, ktime_t time, ktime_t delta)
 191 {
 192         timer->_softexpires = time;
 193         timer->_expires = ktime_add_safe(time, delta);
 194 }
 195
 196 static inline void hrtimer_set_expires_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t time, unsigned long delta)
 197 {
 198         timer->_softexpires = time;
 199         timer->_expires = ktime_add_safe(time, ns_to_ktime(delta));
 200 }
 201
 202 static inline void hrtimer_set_expires_tv64(struct hrtimer *timer, s64 tv64)
 203 {
 204         timer->_expires.tv64 = tv64;
 205         timer->_softexpires.tv64 = tv64;
 206 }
 207
 208 static inline void hrtimer_add_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 209 {
 210         timer->_expires = ktime_add_safe(timer->_expires, time);
 211         timer->_softexpires = ktime_add_safe(timer->_softexpires, time);
 212 }
 213
 214 static inline void hrtimer_add_expires_ns(struct hrtimer *timer, u64 ns)
 215 {
 216         timer->_expires = ktime_add_ns(timer->_expires, ns);
 217         timer->_softexpires = ktime_add_ns(timer->_softexpires, ns);
 218 }
 219
 220 static inline ktime_t hrtimer_get_expires(const struct hrtimer *timer)
 221 {
 222         return timer->_expires;
 223 }
 224
 225 static inline ktime_t hrtimer_get_softexpires(const struct hrtimer *timer)
 226 {
 227         return timer->_softexpires;
 228 }
 229
 230 static inline s64 hrtimer_get_expires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 231 {
 232         return timer->_expires.tv64;
 233 }
 234 static inline s64 hrtimer_get_softexpires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 235 {
 236         return timer->_softexpires.tv64;
 237 }
 238
 239 static inline s64 hrtimer_get_expires_ns(const struct hrtimer *timer)
 240 {
 241         return ktime_to_ns(timer->_expires);
 242 }
 243
 244 static inline ktime_t hrtimer_expires_remaining(const struct hrtimer *timer)
 245 {
 246     return ktime_sub(timer->_expires, timer->base->get_time());
 247 }
 248
 249 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 250 struct clock_event_device;
 251
 252 extern void clock_was_set(void);
 253 extern void hres_timers_resume(void);
 254 extern void hrtimer_interrupt(struct clock_event_device *dev);
 255
 256 /*
 257  * In high resolution mode the time reference must be read accurate
 258  */
 259 static inline ktime_t hrtimer_cb_get_time(struct hrtimer *timer)
 260 {
 261         return timer->base->get_time();
 262 }
 263
 264 static inline int hrtimer_is_hres_active(struct hrtimer *timer)
 265 {
 266         return timer->base->cpu_base->hres_active;
 267 }
 268
 269 extern void hrtimer_peek_ahead_timers(void);
 270
 271 /*
 272  * The resolution of the clocks. The resolution value is returned in
 273  * the clock_getres() system call to give application programmers an
 274  * idea of the (in)accuracy of timers. Timer values are rounded up to
 275  * this resolution values.
 276  */
 277 # define HIGH_RES_NSEC          1
 278 # define KTIME_HIGH_RES         (ktime_t) { .tv64 = HIGH_RES_NSEC }
 279 # define MONOTONIC_RES_NSEC     HIGH_RES_NSEC
 280 # define KTIME_MONOTONIC_RES    KTIME_HIGH_RES
 281
 282 #else
 283
 284 # define MONOTONIC_RES_NSEC     LOW_RES_NSEC
 285 # define KTIME_MONOTONIC_RES    KTIME_LOW_RES
 286
 287 /*
 288  * clock_was_set() is a NOP for non- high-resolution systems. The
 289  * time-sorted order guarantees that a timer does not expire early and
 290  * is expired in the next softirq when the clock was advanced.
 291  */
 292 static inline void clock_was_set(void) { }
 293 static inline void hrtimer_peek_ahead_timers(void) { }
 294
 295 static inline void hres_timers_resume(void) { }
 296
 297 /*
 298  * In non high resolution mode the time reference is taken from
 299  * the base softirq time variable.
 300  */
 301 static inline ktime_t hrtimer_cb_get_time(struct hrtimer *timer)
 302 {
 303         return timer->base->softirq_time;
 304 }
 305
 306 static inline int hrtimer_is_hres_active(struct hrtimer *timer)
 307 {
 308         return 0;
 309 }
 310 #endif
 311
 312 extern ktime_t ktime_get(void);
 313 extern ktime_t ktime_get_real(void);
 314
 315
 316 DECLARE_PER_CPU(struct tick_device, tick_cpu_device);
 317
 318
 319 /* Exported timer functions: */
 320
 321 /* Initialize timers: */
 322 extern void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 323                          enum hrtimer_mode mode);
 324
 325 #ifdef CONFIG_DEBUG_OBJECTS_TIMERS
 326 extern void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 327                                   enum hrtimer_mode mode);
 328
 329 extern void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer);
 330 #else
 331 static inline void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer,
 332                                          clockid_t which_clock,
 333                                          enum hrtimer_mode mode)
 334 {
 335         hrtimer_init(timer, which_clock, mode);
 336 }
 337 static inline void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer) { }
 338 #endif
 339
 340 /* Basic timer operations: */
 341 extern int hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 342                          const enum hrtimer_mode mode);
 343 extern int hrtimer_start_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 344                         unsigned long range_ns, const enum hrtimer_mode mode);
 345 extern int
 346 __hrtimer_start_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 347                          unsigned long delta_ns,
 348                          const enum hrtimer_mode mode, int wakeup);
 349
 350 extern int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer);
 351 extern int hrtimer_try_to_cancel(struct hrtimer *timer);
 352
 353 static inline int hrtimer_start_expires(struct hrtimer *timer,
 354                                                 enum hrtimer_mode mode)
 355 {
 356         unsigned long delta;
 357         ktime_t soft, hard;
 358         soft = hrtimer_get_softexpires(timer);
 359         hard = hrtimer_get_expires(timer);
 360         delta = ktime_to_ns(ktime_sub(hard, soft));
 361         return hrtimer_start_range_ns(timer, soft, delta, mode);
 362 }
 363
 364 static inline int hrtimer_restart(struct hrtimer *timer)
 365 {
 366         return hrtimer_start_expires(timer, HRTIMER_MODE_ABS);
 367 }
 368
 369 /* Query timers: */
 370 extern ktime_t hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer);
 371 extern int hrtimer_get_res(const clockid_t which_clock, struct timespec *tp);
 372
 373 extern ktime_t hrtimer_get_next_event(void);
 374
 375 /*
 376  * A timer is active, when it is enqueued into the rbtree or the callback
 377  * function is running.
 378  */
 379 static inline int hrtimer_active(const struct hrtimer *timer)
 380 {
 381         return timer->state != HRTIMER_STATE_INACTIVE;
 382 }
 383
 384 /*
 385  * Helper function to check, whether the timer is on one of the queues
 386  */
 387 static inline int hrtimer_is_queued(struct hrtimer *timer)
 388 {
 389         return timer->state & HRTIMER_STATE_ENQUEUED;
 390 }
 391
 392 /*
 393  * Helper function to check, whether the timer is running the callback
 394  * function
 395  */
 396 static inline int hrtimer_callback_running(struct hrtimer *timer)
 397 {
 398         return timer->state & HRTIMER_STATE_CALLBACK;
 399 }
 400
 401 /* Forward a hrtimer so it expires after now: */
 402 extern u64
 403 hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval);
 404
 405 /* Forward a hrtimer so it expires after the hrtimer's current now */
 406 static inline u64 hrtimer_forward_now(struct hrtimer *timer,
 407                                       ktime_t interval)
 408 {
 409         return hrtimer_forward(timer, timer->base->get_time(), interval);
 410 }
 411
 412 /* Precise sleep: */
 413 extern long hrtimer_nanosleep(struct timespec *rqtp,
 414                               struct timespec __user *rmtp,
 415                               const enum hrtimer_mode mode,
 416                               const clockid_t clockid);
 417 extern long hrtimer_nanosleep_restart(struct restart_block *restart_block);
 418
 419 extern void hrtimer_init_sleeper(struct hrtimer_sleeper *sl,
 420                                  struct task_struct *tsk);
 421
 422 extern int schedule_hrtimeout_range(ktime_t *expires, unsigned long delta,
 423                                                 const enum hrtimer_mode mode);
 424 extern int schedule_hrtimeout_range_clock(ktime_t *expires,
 425                 unsigned long delta, const enum hrtimer_mode mode, int clock);
 426 extern int schedule_hrtimeout(ktime_t *expires, const enum hrtimer_mode mode);
 427
 428 /* Soft interrupt function to run the hrtimer queues: */
 429 extern void hrtimer_run_queues(void);
 430 extern void hrtimer_run_pending(void);
 431
 432 /* Bootup initialization: */
 433 extern void __init hrtimers_init(void);
 434
 435 #if BITS_PER_LONG < 64
 436 extern u64 ktime_divns(const ktime_t kt, s64 div);
 437 #else /* BITS_PER_LONG < 64 */
 438 # define ktime_divns(kt, div)           (u64)((kt).tv64 / (div))
 439 #endif
 440
 441 /* Show pending timers: */
 442 extern void sysrq_timer_list_show(void);
 443
 444 #endif