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