tools/power/x86/turbostat/turbostat.c

   1 /*
   2  * turbostat -- show CPU frequency and C-state residency
   3  * on modern Intel turbo-capable processors.
   4  *
   5  * Copyright (c) 2010, Intel Corporation.
   6  * Len Brown <len.brown@intel.com>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   9  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
  10  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
  11  *
  12  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
  13  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  14  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
  15  * more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  18  * this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  19  * 51 Franklin St - Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  20  */
  21
  22 #include <stdio.h>
  23 #include <unistd.h>
  24 #include <sys/types.h>
  25 #include <sys/wait.h>
  26 #include <sys/stat.h>
  27 #include <sys/resource.h>
  28 #include <fcntl.h>
  29 #include <signal.h>
  30 #include <sys/time.h>
  31 #include <stdlib.h>
  32 #include <dirent.h>
  33 #include <string.h>
  34 #include <ctype.h>
  35
  36 #define MSR_TSC 0x10
  37 #define MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO       0xCE
  38 #define MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT   0x1AD
  39 #define MSR_APERF       0xE8
  40 #define MSR_MPERF       0xE7
  41 #define MSR_PKG_C2_RESIDENCY    0x60D   /* SNB only */
  42 #define MSR_PKG_C3_RESIDENCY    0x3F8
  43 #define MSR_PKG_C6_RESIDENCY    0x3F9
  44 #define MSR_PKG_C7_RESIDENCY    0x3FA   /* SNB only */
  45 #define MSR_CORE_C3_RESIDENCY   0x3FC
  46 #define MSR_CORE_C6_RESIDENCY   0x3FD
  47 #define MSR_CORE_C7_RESIDENCY   0x3FE   /* SNB only */
  48
  49 char *proc_stat = "/proc/stat";
  50 unsigned int interval_sec = 5;  /* set with -i interval_sec */
  51 unsigned int verbose;           /* set with -v */
  52 unsigned int skip_c0;
  53 unsigned int skip_c1;
  54 unsigned int do_nhm_cstates;
  55 unsigned int do_snb_cstates;
  56 unsigned int has_aperf;
  57 unsigned int units = 1000000000;        /* Ghz etc */
  58 unsigned int genuine_intel;
  59 unsigned int has_invariant_tsc;
  60 unsigned int do_nehalem_platform_info;
  61 unsigned int do_nehalem_turbo_ratio_limit;
  62 unsigned int extra_msr_offset;
  63 double bclk;
  64 unsigned int show_pkg;
  65 unsigned int show_core;
  66 unsigned int show_cpu;
  67
  68 int aperf_mperf_unstable;
  69 int backwards_count;
  70 char *progname;
  71 int need_reinitialize;
  72
  73 int num_cpus;
  74
  75 struct counters {
  76         unsigned long long tsc;         /* per thread */
  77         unsigned long long aperf;       /* per thread */
  78         unsigned long long mperf;       /* per thread */
  79         unsigned long long c1;  /* per thread (calculated) */
  80         unsigned long long c3;  /* per core */
  81         unsigned long long c6;  /* per core */
  82         unsigned long long c7;  /* per core */
  83         unsigned long long pc2; /* per package */
  84         unsigned long long pc3; /* per package */
  85         unsigned long long pc6; /* per package */
  86         unsigned long long pc7; /* per package */
  87         unsigned long long extra_msr;   /* per thread */
  88         int pkg;
  89         int core;
  90         int cpu;
  91         struct counters *next;
  92 };
  93
  94 struct counters *cnt_even;
  95 struct counters *cnt_odd;
  96 struct counters *cnt_delta;
  97 struct counters *cnt_average;
  98 struct timeval tv_even;
  99 struct timeval tv_odd;
 100 struct timeval tv_delta;
 101
 102 unsigned long long get_msr(int cpu, off_t offset)
 103 {
 104         ssize_t retval;
 105         unsigned long long msr;
 106         char pathname[32];
 107         int fd;
 108
 109         sprintf(pathname, "/dev/cpu/%d/msr", cpu);
 110         fd = open(pathname, O_RDONLY);
 111         if (fd < 0) {
 112                 perror(pathname);
 113                 need_reinitialize = 1;
 114                 return 0;
 115         }
 116
 117         retval = pread(fd, &msr, sizeof msr, offset);
 118         if (retval != sizeof msr) {
 119                 fprintf(stderr, "cpu%d pread(..., 0x%zx) = %jd\n",
 120                         cpu, offset, retval);
 121                 exit(-2);
 122         }
 123
 124         close(fd);
 125         return msr;
 126 }
 127
 128 void print_header(void)
 129 {
 130         if (show_pkg)
 131                 fprintf(stderr, "pk");
 132         if (show_core)
 133                 fprintf(stderr, " cr");
 134         if (show_cpu)
 135                 fprintf(stderr, " CPU");
 136         if (do_nhm_cstates)
 137                 fprintf(stderr, "    %%c0 ");
 138         if (has_aperf)
 139                 fprintf(stderr, " GHz");
 140         fprintf(stderr, "  TSC");
 141         if (do_nhm_cstates)
 142                 fprintf(stderr, "    %%c1");
 143         if (do_nhm_cstates)
 144                 fprintf(stderr, "    %%c3");
 145         if (do_nhm_cstates)
 146                 fprintf(stderr, "    %%c6");
 147         if (do_snb_cstates)
 148                 fprintf(stderr, "    %%c7");
 149         if (do_snb_cstates)
 150                 fprintf(stderr, "  %%pc2");
 151         if (do_nhm_cstates)
 152                 fprintf(stderr, "  %%pc3");
 153         if (do_nhm_cstates)
 154                 fprintf(stderr, "  %%pc6");
 155         if (do_snb_cstates)
 156                 fprintf(stderr, "  %%pc7");
 157         if (extra_msr_offset)
 158                 fprintf(stderr, "        MSR 0x%x ", extra_msr_offset);
 159
 160         putc('\n', stderr);
 161 }
 162
 163 void dump_cnt(struct counters *cnt)
 164 {
 165         if (!cnt)
 166                 return;
 167         if (cnt->pkg) fprintf(stderr, "package: %d ", cnt->pkg);
 168         if (cnt->core) fprintf(stderr, "core:: %d ", cnt->core);
 169         if (cnt->cpu) fprintf(stderr, "CPU: %d ", cnt->cpu);
 170         if (cnt->tsc) fprintf(stderr, "TSC: %016llX\n", cnt->tsc);
 171         if (cnt->c3) fprintf(stderr, "c3: %016llX\n", cnt->c3);
 172         if (cnt->c6) fprintf(stderr, "c6: %016llX\n", cnt->c6);
 173         if (cnt->c7) fprintf(stderr, "c7: %016llX\n", cnt->c7);
 174         if (cnt->aperf) fprintf(stderr, "aperf: %016llX\n", cnt->aperf);
 175         if (cnt->pc2) fprintf(stderr, "pc2: %016llX\n", cnt->pc2);
 176         if (cnt->pc3) fprintf(stderr, "pc3: %016llX\n", cnt->pc3);
 177         if (cnt->pc6) fprintf(stderr, "pc6: %016llX\n", cnt->pc6);
 178         if (cnt->pc7) fprintf(stderr, "pc7: %016llX\n", cnt->pc7);
 179         if (cnt->extra_msr) fprintf(stderr, "msr0x%x: %016llX\n", extra_msr_offset, cnt->extra_msr);
 180 }
 181
 182 void dump_list(struct counters *cnt)
 183 {
 184         printf("dump_list 0x%p\n", cnt);
 185
 186         for (; cnt; cnt = cnt->next)
 187                 dump_cnt(cnt);
 188 }
 189
 190 void print_cnt(struct counters *p)
 191 {
 192         double interval_float;
 193
 194         interval_float = tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0;
 195
 196         /* topology columns, print blanks on 1st (average) line */
 197         if (p == cnt_average) {
 198                 if (show_pkg)
 199                         fprintf(stderr, " ");
 200                 if (show_core)
 201                         fprintf(stderr, "    ");
 202                 if (show_cpu)
 203                         fprintf(stderr, "    ");
 204         } else {
 205                 if (show_pkg)
 206                         fprintf(stderr, "%d", p->pkg);
 207                 if (show_core)
 208                         fprintf(stderr, "%4d", p->core);
 209                 if (show_cpu)
 210                         fprintf(stderr, "%4d", p->cpu);
 211         }
 212
 213         /* %c0 */
 214         if (do_nhm_cstates) {
 215                 if (!skip_c0)
 216                         fprintf(stderr, "%7.2f", 100.0 * p->mperf/p->tsc);
 217                 else
 218                         fprintf(stderr, "   ****");
 219         }
 220
 221         /* GHz */
 222         if (has_aperf) {
 223                 if (!aperf_mperf_unstable) {
 224                         fprintf(stderr, "%5.2f",
 225                                 1.0 * p->tsc / units * p->aperf /
 226                                 p->mperf / interval_float);
 227                 } else {
 228                         if (p->aperf > p->tsc || p->mperf > p->tsc) {
 229                                 fprintf(stderr, " ****");
 230                         } else {
 231                                 fprintf(stderr, "%4.1f*",
 232                                         1.0 * p->tsc /
 233                                         units * p->aperf /
 234                                         p->mperf / interval_float);
 235                         }
 236                 }
 237         }
 238
 239         /* TSC */
 240         fprintf(stderr, "%5.2f", 1.0 * p->tsc/units/interval_float);
 241
 242         if (do_nhm_cstates) {
 243                 if (!skip_c1)
 244                         fprintf(stderr, "%7.2f", 100.0 * p->c1/p->tsc);
 245                 else
 246                         fprintf(stderr, "  ****");
 247         }
 248         if (do_nhm_cstates)
 249                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c3/p->tsc);
 250         if (do_nhm_cstates)
 251                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c6/p->tsc);
 252         if (do_snb_cstates)
 253                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c7/p->tsc);
 254         if (do_snb_cstates)
 255                 fprintf(stderr, " %5.2f", 100.0 * p->pc2/p->tsc);
 256         if (do_nhm_cstates)
 257                 fprintf(stderr, " %5.2f", 100.0 * p->pc3/p->tsc);
 258         if (do_nhm_cstates)
 259                 fprintf(stderr, " %5.2f", 100.0 * p->pc6/p->tsc);
 260         if (do_snb_cstates)
 261                 fprintf(stderr, " %5.2f", 100.0 * p->pc7/p->tsc);
 262         if (extra_msr_offset)
 263                 fprintf(stderr, "  0x%016llx", p->extra_msr);
 264         putc('\n', stderr);
 265 }
 266
 267 void print_counters(struct counters *counters)
 268 {
 269         struct counters *cnt;
 270
 271         print_header();
 272
 273         if (num_cpus > 1)
 274                 print_cnt(cnt_average);
 275
 276         for (cnt = counters; cnt != NULL; cnt = cnt->next)
 277                 print_cnt(cnt);
 278
 279 }
 280
 281 #define SUBTRACT_COUNTER(after, before, delta) (delta = (after - before), (before > after))
 282
 283 int compute_delta(struct counters *after,
 284         struct counters *before, struct counters *delta)
 285 {
 286         int errors = 0;
 287         int perf_err = 0;
 288
 289         skip_c0 = skip_c1 = 0;
 290
 291         for ( ; after && before && delta;
 292                 after = after->next, before = before->next, delta = delta->next) {
 293                 if (before->cpu != after->cpu) {
 294                         printf("cpu configuration changed: %d != %d\n",
 295                                 before->cpu, after->cpu);
 296                         return -1;
 297                 }
 298
 299                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->tsc, before->tsc, delta->tsc)) {
 300                         fprintf(stderr, "cpu%d TSC went backwards %llX to %llX\n",
 301                                 before->cpu, before->tsc, after->tsc);
 302                         errors++;
 303                 }
 304                 /* check for TSC < 1 Mcycles over interval */
 305                 if (delta->tsc < (1000 * 1000)) {
 306                         fprintf(stderr, "Insanely slow TSC rate,"
 307                                 " TSC stops in idle?\n");
 308                         fprintf(stderr, "You can disable all c-states"
 309                                 " by booting with \"idle=poll\"\n");
 310                         fprintf(stderr, "or just the deep ones with"
 311                                 " \"processor.max_cstate=1\"\n");
 312                         exit(-3);
 313                 }
 314                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c3, before->c3, delta->c3)) {
 315                         fprintf(stderr, "cpu%d c3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 316                                 before->cpu, before->c3, after->c3);
 317                         errors++;
 318                 }
 319                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c6, before->c6, delta->c6)) {
 320                         fprintf(stderr, "cpu%d c6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 321                                 before->cpu, before->c6, after->c6);
 322                         errors++;
 323                 }
 324                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c7, before->c7, delta->c7)) {
 325                         fprintf(stderr, "cpu%d c7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 326                                 before->cpu, before->c7, after->c7);
 327                         errors++;
 328                 }
 329                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc2, before->pc2, delta->pc2)) {
 330                         fprintf(stderr, "cpu%d pc2 counter went backwards %llX to %llX\n",
 331                                 before->cpu, before->pc2, after->pc2);
 332                         errors++;
 333                 }
 334                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc3, before->pc3, delta->pc3)) {
 335                         fprintf(stderr, "cpu%d pc3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 336                                 before->cpu, before->pc3, after->pc3);
 337                         errors++;
 338                 }
 339                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc6, before->pc6, delta->pc6)) {
 340                         fprintf(stderr, "cpu%d pc6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 341                                 before->cpu, before->pc6, after->pc6);
 342                         errors++;
 343                 }
 344                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc7, before->pc7, delta->pc7)) {
 345                         fprintf(stderr, "cpu%d pc7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 346                                 before->cpu, before->pc7, after->pc7);
 347                         errors++;
 348                 }
 349
 350                 perf_err = SUBTRACT_COUNTER(after->aperf, before->aperf, delta->aperf);
 351                 if (perf_err) {
 352                         fprintf(stderr, "cpu%d aperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 353                                 before->cpu, before->aperf, after->aperf);
 354                 }
 355                 perf_err |= SUBTRACT_COUNTER(after->mperf, before->mperf, delta->mperf);
 356                 if (perf_err) {
 357                         fprintf(stderr, "cpu%d mperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 358                                 before->cpu, before->mperf, after->mperf);
 359                 }
 360                 if (perf_err) {
 361                         if (!aperf_mperf_unstable) {
 362                                 fprintf(stderr, "%s: APERF or MPERF went backwards *\n", progname);
 363                                 fprintf(stderr, "* Frequency results do not cover entire interval *\n");
 364                                 fprintf(stderr, "* fix this by running Linux-2.6.30 or later *\n");
 365
 366                                 aperf_mperf_unstable = 1;
 367                         }
 368                         /*
 369                          * mperf delta is likely a huge "positive" number
 370                          * can not use it for calculating c0 time
 371                          */
 372                         skip_c0 = 1;
 373                         skip_c1 = 1;
 374                 }
 375
 376                 /*
 377                  * As mperf and tsc collection are not atomic,
 378                  * it is possible for mperf's non-halted cycles
 379                  * to exceed TSC's all cycles: show c1 = 0% in that case.
 380                  */
 381                 if (delta->mperf > delta->tsc)
 382                         delta->c1 = 0;
 383                 else /* normal case, derive c1 */
 384                         delta->c1 = delta->tsc - delta->mperf
 385                                 - delta->c3 - delta->c6 - delta->c7;
 386
 387                 if (delta->mperf == 0)
 388                         delta->mperf = 1;       /* divide by 0 protection */
 389
 390                 /*
 391                  * for "extra msr", just copy the latest w/o subtracting
 392                  */
 393                 delta->extra_msr = after->extra_msr;
 394                 if (errors) {
 395                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d before:\n", before->cpu);
 396                         dump_cnt(before);
 397                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d after:\n", before->cpu);
 398                         dump_cnt(after);
 399                         errors = 0;
 400                 }
 401         }
 402         return 0;
 403 }
 404
 405 void compute_average(struct counters *delta, struct counters *avg)
 406 {
 407         struct counters *sum;
 408
 409         sum = calloc(1, sizeof(struct counters));
 410         if (sum == NULL) {
 411                 perror("calloc sum");
 412                 exit(1);
 413         }
 414
 415         for (; delta; delta = delta->next) {
 416                 sum->tsc += delta->tsc;
 417                 sum->c1 += delta->c1;
 418                 sum->c3 += delta->c3;
 419                 sum->c6 += delta->c6;
 420                 sum->c7 += delta->c7;
 421                 sum->aperf += delta->aperf;
 422                 sum->mperf += delta->mperf;
 423                 sum->pc2 += delta->pc2;
 424                 sum->pc3 += delta->pc3;
 425                 sum->pc6 += delta->pc6;
 426                 sum->pc7 += delta->pc7;
 427         }
 428         avg->tsc = sum->tsc/num_cpus;
 429         avg->c1 = sum->c1/num_cpus;
 430         avg->c3 = sum->c3/num_cpus;
 431         avg->c6 = sum->c6/num_cpus;
 432         avg->c7 = sum->c7/num_cpus;
 433         avg->aperf = sum->aperf/num_cpus;
 434         avg->mperf = sum->mperf/num_cpus;
 435         avg->pc2 = sum->pc2/num_cpus;
 436         avg->pc3 = sum->pc3/num_cpus;
 437         avg->pc6 = sum->pc6/num_cpus;
 438         avg->pc7 = sum->pc7/num_cpus;
 439
 440         free(sum);
 441 }
 442
 443 void get_counters(struct counters *cnt)
 444 {
 445         for ( ; cnt; cnt = cnt->next) {
 446                 cnt->tsc = get_msr(cnt->cpu, MSR_TSC);
 447                 if (do_nhm_cstates)
 448                         cnt->c3 = get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C3_RESIDENCY);
 449                 if (do_nhm_cstates)
 450                         cnt->c6 = get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C6_RESIDENCY);
 451                 if (do_snb_cstates)
 452                         cnt->c7 = get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C7_RESIDENCY);
 453                 if (has_aperf)
 454                         cnt->aperf = get_msr(cnt->cpu, MSR_APERF);
 455                 if (has_aperf)
 456                         cnt->mperf = get_msr(cnt->cpu, MSR_MPERF);
 457                 if (do_snb_cstates)
 458                         cnt->pc2 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C2_RESIDENCY);
 459                 if (do_nhm_cstates)
 460                         cnt->pc3 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C3_RESIDENCY);
 461                 if (do_nhm_cstates)
 462                         cnt->pc6 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C6_RESIDENCY);
 463                 if (do_snb_cstates)
 464                         cnt->pc7 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C7_RESIDENCY);
 465                 if (extra_msr_offset)
 466                         cnt->extra_msr = get_msr(cnt->cpu, extra_msr_offset);
 467         }
 468 }
 469
 470 void print_nehalem_info(void)
 471 {
 472         unsigned long long msr;
 473         unsigned int ratio;
 474
 475         if (!do_nehalem_platform_info)
 476                 return;
 477
 478         msr = get_msr(0, MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO);
 479
 480         ratio = (msr >> 40) & 0xFF;
 481         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max efficiency\n",
 482                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 483
 484         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 485         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz TSC frequency\n",
 486                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 487
 488         if (verbose > 1)
 489                 fprintf(stderr, "MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO: 0x%llx\n", msr);
 490
 491         if (!do_nehalem_turbo_ratio_limit)
 492                 return;
 493
 494         msr = get_msr(0, MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT);
 495
 496         ratio = (msr >> 24) & 0xFF;
 497         if (ratio)
 498                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 4 active cores\n",
 499                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 500
 501         ratio = (msr >> 16) & 0xFF;
 502         if (ratio)
 503                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 3 active cores\n",
 504                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 505
 506         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 507         if (ratio)
 508                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 2 active cores\n",
 509                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 510
 511         ratio = (msr >> 0) & 0xFF;
 512         if (ratio)
 513                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 1 active cores\n",
 514                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 515
 516 }
 517
 518 void free_counter_list(struct counters *list)
 519 {
 520         struct counters *p;
 521
 522         for (p = list; p; ) {
 523                 struct counters *free_me;
 524
 525                 free_me = p;
 526                 p = p->next;
 527                 free(free_me);
 528         }
 529 }
 530
 531 void free_all_counters(void)
 532 {
 533         free_counter_list(cnt_even);
 534         cnt_even = NULL;
 535
 536         free_counter_list(cnt_odd);
 537         cnt_odd = NULL;
 538
 539         free_counter_list(cnt_delta);
 540         cnt_delta = NULL;
 541
 542         free_counter_list(cnt_average);
 543         cnt_average = NULL;
 544 }
 545
 546 void insert_counters(struct counters **list,
 547         struct counters *new)
 548 {
 549         struct counters *prev;
 550
 551         /*
 552          * list was empty
 553          */
 554         if (*list == NULL) {
 555                 new->next = *list;
 556                 *list = new;
 557                 return;
 558         }
 559
 560         show_cpu = 1;   /* there is more than one CPU */
 561
 562         /*
 563          * insert on front of list.
 564          * It is sorted by ascending package#, core#, cpu#
 565          */
 566         if (((*list)->pkg > new->pkg) ||
 567             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core > new->core)) ||
 568             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core == new->core) && ((*list)->cpu > new->cpu))) {
 569                 new->next = *list;
 570                 *list = new;
 571                 return;
 572         }
 573
 574         prev = *list;
 575
 576         while (prev->next && (prev->next->pkg < new->pkg)) {
 577                 prev = prev->next;
 578                 show_pkg = 1;   /* there is more than 1 package */
 579         }
 580
 581         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 582                 && (prev->next->core < new->core)) {
 583                 prev = prev->next;
 584                 show_core = 1;  /* there is more than 1 core */
 585         }
 586
 587         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 588                 && (prev->next->core == new->core)
 589                 && (prev->next->cpu < new->cpu)) {
 590                 prev = prev->next;
 591         }
 592
 593         /*
 594          * insert after "prev"
 595          */
 596         new->next = prev->next;
 597         prev->next = new;
 598 }
 599
 600 void alloc_new_counters(int pkg, int core, int cpu)
 601 {
 602         struct counters *new;
 603
 604         if (verbose > 1)
 605                 printf("pkg%d core%d, cpu%d\n", pkg, core, cpu);
 606
 607         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 608         if (new == NULL) {
 609                 perror("calloc");
 610                 exit(1);
 611         }
 612         new->pkg = pkg;
 613         new->core = core;
 614         new->cpu = cpu;
 615         insert_counters(&cnt_odd, new);
 616
 617         new = (struct counters *)calloc(1,
 618                 sizeof(struct counters));
 619         if (new == NULL) {
 620                 perror("calloc");
 621                 exit(1);
 622         }
 623         new->pkg = pkg;
 624         new->core = core;
 625         new->cpu = cpu;
 626         insert_counters(&cnt_even, new);
 627
 628         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 629         if (new == NULL) {
 630                 perror("calloc");
 631                 exit(1);
 632         }
 633         new->pkg = pkg;
 634         new->core = core;
 635         new->cpu = cpu;
 636         insert_counters(&cnt_delta, new);
 637
 638         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 639         if (new == NULL) {
 640                 perror("calloc");
 641                 exit(1);
 642         }
 643         new->pkg = pkg;
 644         new->core = core;
 645         new->cpu = cpu;
 646         cnt_average = new;
 647 }
 648
 649 int get_physical_package_id(int cpu)
 650 {
 651         char path[64];
 652         FILE *filep;
 653         int pkg;
 654
 655         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/physical_package_id", cpu);
 656         filep = fopen(path, "r");
 657         if (filep == NULL) {
 658                 perror(path);
 659                 exit(1);
 660         }
 661         fscanf(filep, "%d", &pkg);
 662         fclose(filep);
 663         return pkg;
 664 }
 665
 666 int get_core_id(int cpu)
 667 {
 668         char path[64];
 669         FILE *filep;
 670         int core;
 671
 672         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/core_id", cpu);
 673         filep = fopen(path, "r");
 674         if (filep == NULL) {
 675                 perror(path);
 676                 exit(1);
 677         }
 678         fscanf(filep, "%d", &core);
 679         fclose(filep);
 680         return core;
 681 }
 682
 683 /*
 684  * run func(index, cpu) on every cpu in /proc/stat
 685  */
 686
 687 int for_all_cpus(void (func)(int, int, int))
 688 {
 689         FILE *fp;
 690         int cpu_count;
 691         int retval;
 692
 693         fp = fopen(proc_stat, "r");
 694         if (fp == NULL) {
 695                 perror(proc_stat);
 696                 exit(1);
 697         }
 698
 699         retval = fscanf(fp, "cpu %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n");
 700         if (retval != 0) {
 701                 perror("/proc/stat format");
 702                 exit(1);
 703         }
 704
 705         for (cpu_count = 0; ; cpu_count++) {
 706                 int cpu;
 707
 708                 retval = fscanf(fp, "cpu%u %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n", &cpu);
 709                 if (retval != 1)
 710                         break;
 711
 712                 func(get_physical_package_id(cpu), get_core_id(cpu), cpu);
 713         }
 714         fclose(fp);
 715         return cpu_count;
 716 }
 717
 718 void re_initialize(void)
 719 {
 720         printf("turbostat: topology changed, re-initializing.\n");
 721         free_all_counters();
 722         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
 723         need_reinitialize = 0;
 724         printf("num_cpus is now %d\n", num_cpus);
 725 }
 726
 727 void dummy(int pkg, int core, int cpu) { return; }
 728 /*
 729  * check to see if a cpu came on-line
 730  */
 731 void verify_num_cpus(void)
 732 {
 733         int new_num_cpus;
 734
 735         new_num_cpus = for_all_cpus(dummy);
 736
 737         if (new_num_cpus != num_cpus) {
 738                 if (verbose)
 739                         printf("num_cpus was %d, is now  %d\n",
 740                                 num_cpus, new_num_cpus);
 741                 need_reinitialize = 1;
 742         }
 743 }
 744
 745 void turbostat_loop()
 746 {
 747 restart:
 748         get_counters(cnt_even);
 749         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 750
 751         while (1) {
 752                 verify_num_cpus();
 753                 if (need_reinitialize) {
 754                         re_initialize();
 755                         goto restart;
 756                 }
 757                 sleep(interval_sec);
 758                 get_counters(cnt_odd);
 759                 gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
 760
 761                 compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
 762                 timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
 763                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 764                 print_counters(cnt_delta);
 765                 if (need_reinitialize) {
 766                         re_initialize();
 767                         goto restart;
 768                 }
 769                 sleep(interval_sec);
 770                 get_counters(cnt_even);
 771                 gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 772                 compute_delta(cnt_even, cnt_odd, cnt_delta);
 773                 timersub(&tv_even, &tv_odd, &tv_delta);
 774                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 775                 print_counters(cnt_delta);
 776         }
 777 }
 778
 779 void check_dev_msr()
 780 {
 781         struct stat sb;
 782
 783         if (stat("/dev/cpu/0/msr", &sb)) {
 784                 fprintf(stderr, "no /dev/cpu/0/msr\n");
 785                 fprintf(stderr, "Try \"# modprobe msr\"\n");
 786                 exit(-5);
 787         }
 788 }
 789
 790 void check_super_user()
 791 {
 792         if (getuid() != 0) {
 793                 fprintf(stderr, "must be root\n");
 794                 exit(-6);
 795         }
 796 }
 797
 798 int has_nehalem_turbo_ratio_limit(unsigned int family, unsigned int model)
 799 {
 800         if (!genuine_intel)
 801                 return 0;
 802
 803         if (family != 6)
 804                 return 0;
 805
 806         switch (model) {
 807         case 0x1A:      /* Core i7, Xeon 5500 series - Bloomfield, Gainstown NHM-EP */
 808         case 0x1E:      /* Core i7 and i5 Processor - Clarksfield, Lynnfield, Jasper Forest */
 809         case 0x1F:      /* Core i7 and i5 Processor - Nehalem */
 810         case 0x25:      /* Westmere Client - Clarkdale, Arrandale */
 811         case 0x2C:      /* Westmere EP - Gulftown */
 812         case 0x2A:      /* SNB */
 813         case 0x2D:      /* SNB Xeon */
 814                 return 1;
 815         case 0x2E:      /* Nehalem-EX Xeon - Beckton */
 816         case 0x2F:      /* Westmere-EX Xeon - Eagleton */
 817         default:
 818                 return 0;
 819         }
 820 }
 821
 822 int is_snb(unsigned int family, unsigned int model)
 823 {
 824         if (!genuine_intel)
 825                 return 0;
 826
 827         switch (model) {
 828         case 0x2A:
 829         case 0x2D:
 830                 return 1;
 831         }
 832         return 0;
 833 }
 834
 835 double discover_bclk(unsigned int family, unsigned int model)
 836 {
 837         if (is_snb(family, model))
 838                 return 100.00;
 839         else
 840                 return 133.33;
 841 }
 842
 843 void check_cpuid()
 844 {
 845         unsigned int eax, ebx, ecx, edx, max_level;
 846         unsigned int fms, family, model, stepping;
 847
 848         eax = ebx = ecx = edx = 0;
 849
 850         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0));
 851
 852         if (ebx == 0x756e6547 && edx == 0x49656e69 && ecx == 0x6c65746e)
 853                 genuine_intel = 1;
 854
 855         if (verbose)
 856                 fprintf(stderr, "%.4s%.4s%.4s ",
 857                         (char *)&ebx, (char *)&edx, (char *)&ecx);
 858
 859         asm("cpuid" : "=a" (fms), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (1) : "ebx");
 860         family = (fms >> 8) & 0xf;
 861         model = (fms >> 4) & 0xf;
 862         stepping = fms & 0xf;
 863         if (family == 6 || family == 0xf)
 864                 model += ((fms >> 16) & 0xf) << 4;
 865
 866         if (verbose)
 867                 fprintf(stderr, "%d CPUID levels; family:model:stepping 0x%x:%x:%x (%d:%d:%d)\n",
 868                         max_level, family, model, stepping, family, model, stepping);
 869
 870         if (!(edx & (1 << 5))) {
 871                 fprintf(stderr, "CPUID: no MSR\n");
 872                 exit(1);
 873         }
 874
 875         /*
 876          * check max extended function levels of CPUID.
 877          * This is needed to check for invariant TSC.
 878          * This check is valid for both Intel and AMD.
 879          */
 880         ebx = ecx = edx = 0;
 881         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000000));
 882
 883         if (max_level < 0x80000007) {
 884                 fprintf(stderr, "CPUID: no invariant TSC (max_level 0x%x)\n", max_level);
 885                 exit(1);
 886         }
 887
 888         /*
 889          * Non-Stop TSC is advertised by CPUID.EAX=0x80000007: EDX.bit8
 890          * this check is valid for both Intel and AMD
 891          */
 892         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000007));
 893         has_invariant_tsc = edx & (1 << 8);
 894
 895         if (!has_invariant_tsc) {
 896                 fprintf(stderr, "No invariant TSC\n");
 897                 exit(1);
 898         }
 899
 900         /*
 901          * APERF/MPERF is advertised by CPUID.EAX=0x6: ECX.bit0
 902          * this check is valid for both Intel and AMD
 903          */
 904
 905         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x6));
 906         has_aperf = ecx & (1 << 0);
 907         if (!has_aperf) {
 908                 fprintf(stderr, "No APERF MSR\n");
 909                 exit(1);
 910         }
 911
 912         do_nehalem_platform_info = genuine_intel && has_invariant_tsc;
 913         do_nhm_cstates = genuine_intel; /* all Intel w/ non-stop TSC have NHM counters */
 914         do_snb_cstates = is_snb(family, model);
 915         bclk = discover_bclk(family, model);
 916
 917         do_nehalem_turbo_ratio_limit = has_nehalem_turbo_ratio_limit(family, model);
 918 }
 919
 920
 921 void usage()
 922 {
 923         fprintf(stderr, "%s: [-v] [-M MSR#] [-i interval_sec | command ...]\n",
 924                 progname);
 925         exit(1);
 926 }
 927
 928
 929 /*
 930  * in /dev/cpu/ return success for names that are numbers
 931  * ie. filter out ".", "..", "microcode".
 932  */
 933 int dir_filter(const struct dirent *dirp)
 934 {
 935         if (isdigit(dirp->d_name[0]))
 936                 return 1;
 937         else
 938                 return 0;
 939 }
 940
 941 int open_dev_cpu_msr(int dummy1)
 942 {
 943         return 0;
 944 }
 945
 946 void turbostat_init()
 947 {
 948         check_cpuid();
 949
 950         check_dev_msr();
 951         check_super_user();
 952
 953         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
 954
 955         if (verbose)
 956                 print_nehalem_info();
 957 }
 958
 959 int fork_it(char **argv)
 960 {
 961         int retval;
 962         pid_t child_pid;
 963         get_counters(cnt_even);
 964         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 965
 966         child_pid = fork();
 967         if (!child_pid) {
 968                 /* child */
 969                 execvp(argv[0], argv);
 970         } else {
 971                 int status;
 972
 973                 /* parent */
 974                 if (child_pid == -1) {
 975                         perror("fork");
 976                         exit(1);
 977                 }
 978
 979                 signal(SIGINT, SIG_IGN);
 980                 signal(SIGQUIT, SIG_IGN);
 981                 if (waitpid(child_pid, &status, 0) == -1) {
 982                         perror("wait");
 983                         exit(1);
 984                 }
 985         }
 986         get_counters(cnt_odd);
 987         gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
 988         retval = compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
 989
 990         timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
 991         compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 992         if (!retval)
 993                 print_counters(cnt_delta);
 994
 995         fprintf(stderr, "%.6f sec\n", tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0);
 996
 997         return 0;
 998 }
 999
1000 void cmdline(int argc, char **argv)
1001 {
1002         int opt;
1003
1004         progname = argv[0];
1005
1006         while ((opt = getopt(argc, argv, "+vi:M:")) != -1) {
1007                 switch (opt) {
1008                 case 'v':
1009                         verbose++;
1010                         break;
1011                 case 'i':
1012                         interval_sec = atoi(optarg);
1013                         break;
1014                 case 'M':
1015                         sscanf(optarg, "%x", &extra_msr_offset);
1016                         if (verbose > 1)
1017                                 fprintf(stderr, "MSR 0x%X\n", extra_msr_offset);
1018                         break;
1019                 default:
1020                         usage();
1021                 }
1022         }
1023 }
1024
1025 int main(int argc, char **argv)
1026 {
1027         cmdline(argc, argv);
1028
1029         if (verbose > 1)
1030                 fprintf(stderr, "turbostat Dec 6, 2010"
1031                         " - Len Brown <lenb@kernel.org>\n");
1032         if (verbose > 1)
1033                 fprintf(stderr, "http://userweb.kernel.org/~lenb/acpi/utils/pmtools/turbostat/\n");
1034
1035         turbostat_init();
1036
1037         /*
1038          * if any params left, it must be a command to fork
1039          */
1040         if (argc - optind)
1041                 return fork_it(argv + optind);
1042         else
1043                 turbostat_loop();
1044
1045         return 0;
1046 }