88267f0a84713082dfb8ca719a76337b69990f04
[linux-2.6.git] / 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  *  Distribute under GPLv2.
13  */
14 #include <linux/cpu.h>
15 #include <linux/err.h>
16 #include <linux/hrtimer.h>
17 #include <linux/interrupt.h>
18 #include <linux/kernel_stat.h>
19 #include <linux/percpu.h>
20 #include <linux/profile.h>
21 #include <linux/sched.h>
22 #include <linux/tick.h>
23
24 #include <asm/irq_regs.h>
25
26 #include "tick-internal.h"
27
28 /*
29  * Per cpu nohz control structure
30  */
31 static DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
32
33 /*
34  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by xtime_lock.
35  */
36 static ktime_t last_jiffies_update;
37
38 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
39 {
40         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
41 }
42
43 /*
44  * Must be called with interrupts disabled !
45  */
46 static void tick_do_update_jiffies64(ktime_t now)
47 {
48         unsigned long ticks = 0;
49         ktime_t delta;
50
51         /* Reevalute with xtime_lock held */
52         write_seqlock(&xtime_lock);
53
54         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
55         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
56
57                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
58                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
59                                                 tick_period);
60
61                 /* Slow path for long timeouts */
62                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
63                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
64
65                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
66
67                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
68                                                            incr * ticks);
69                 }
70                 do_timer(++ticks);
71         }
72         write_sequnlock(&xtime_lock);
73 }
74
75 /*
76  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
77  */
78 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
79 {
80         ktime_t period;
81
82         write_seqlock(&xtime_lock);
83         /* Did we start the jiffies update yet ? */
84         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
85                 last_jiffies_update = tick_next_period;
86         period = last_jiffies_update;
87         write_sequnlock(&xtime_lock);
88         return period;
89 }
90
91 /*
92  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
93  */
94 #ifdef CONFIG_NO_HZ
95 /*
96  * NO HZ enabled ?
97  */
98 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
99
100 /*
101  * Enable / Disable tickless mode
102  */
103 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
104 {
105         if (!strcmp(str, "off"))
106                 tick_nohz_enabled = 0;
107         else if (!strcmp(str, "on"))
108                 tick_nohz_enabled = 1;
109         else
110                 return 0;
111         return 1;
112 }
113
114 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
115
116 /**
117  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
118  *
119  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
120  *
121  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
122  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
123  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
124  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
125  */
126 void tick_nohz_update_jiffies(void)
127 {
128         int cpu = smp_processor_id();
129         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
130         unsigned long flags;
131         ktime_t now;
132
133         if (!ts->tick_stopped)
134                 return;
135
136         touch_softlockup_watchdog();
137
138         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
139         now = ktime_get();
140         ts->idle_waketime = now;
141
142         local_irq_save(flags);
143         tick_do_update_jiffies64(now);
144         local_irq_restore(flags);
145 }
146
147 void tick_nohz_stop_idle(int cpu)
148 {
149         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
150
151         if (ts->idle_active) {
152                 ktime_t now, delta;
153                 now = ktime_get();
154                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
155                 ts->idle_lastupdate = now;
156                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
157                 ts->idle_active = 0;
158         }
159 }
160
161 static ktime_t tick_nohz_start_idle(int cpu)
162 {
163         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
164         ktime_t now, delta;
165
166         now = ktime_get();
167         if (ts->idle_active) {
168                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
169                 ts->idle_lastupdate = now;
170                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
171         }
172         ts->idle_entrytime = now;
173         ts->idle_active = 1;
174         return now;
175 }
176
177 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
178 {
179         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
180
181         *last_update_time = ktime_to_us(ts->idle_lastupdate);
182         return ktime_to_us(ts->idle_sleeptime);
183 }
184
185 /**
186  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
187  *
188  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
189  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
190  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
191  */
192 void tick_nohz_stop_sched_tick(void)
193 {
194         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
195         unsigned long rt_jiffies;
196         struct tick_sched *ts;
197         ktime_t last_update, expires, now;
198         struct clock_event_device *dev = __get_cpu_var(tick_cpu_device).evtdev;
199         int cpu;
200
201         local_irq_save(flags);
202
203         cpu = smp_processor_id();
204         now = tick_nohz_start_idle(cpu);
205         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
206
207         /*
208          * If this cpu is offline and it is the one which updates
209          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
210          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
211          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
212          * invoked.
213          */
214         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
215                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
216                         tick_do_timer_cpu = -1;
217         }
218
219         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
220                 goto end;
221
222         if (need_resched())
223                 goto end;
224
225         cpu = smp_processor_id();
226         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
227                 static int ratelimit;
228
229                 if (ratelimit < 10) {
230                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
231                                local_softirq_pending());
232                         ratelimit++;
233                 }
234         }
235
236         ts->idle_calls++;
237         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
238         do {
239                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
240                 last_update = last_jiffies_update;
241                 last_jiffies = jiffies;
242         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
243
244         /* Get the next timer wheel timer */
245         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
246         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
247
248         rt_jiffies = rt_needs_cpu(cpu);
249         if (rt_jiffies && rt_jiffies < delta_jiffies)
250                 delta_jiffies = rt_jiffies;
251
252         if (rcu_needs_cpu(cpu))
253                 delta_jiffies = 1;
254         /*
255          * Do not stop the tick, if we are only one off
256          * or if the cpu is required for rcu
257          */
258         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
259                 goto out;
260
261         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
262         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
263
264                 if (delta_jiffies > 1)
265                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
266                 /*
267                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
268                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
269                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
270                  * first call we save the current tick time, so we can restart
271                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
272                  */
273                 if (!ts->tick_stopped) {
274                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
275                                 /*
276                                  * sched tick not stopped!
277                                  */
278                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
279                                 goto out;
280                         }
281
282                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
283                         ts->tick_stopped = 1;
284                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
285                 }
286
287                 /*
288                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
289                  * give up the assignment and let it be taken by the
290                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
291                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
292                  * jiffies might be stale and do_timer() never
293                  * invoked.
294                  */
295                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
296                         tick_do_timer_cpu = -1;
297
298                 ts->idle_sleeps++;
299
300                 /*
301                  * delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals that
302                  * there is no timer pending or at least extremly far
303                  * into the future (12 days for HZ=1000). In this case
304                  * we simply stop the tick timer:
305                  */
306                 if (unlikely(delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
307                         ts->idle_expires.tv64 = KTIME_MAX;
308                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
309                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
310                         goto out;
311                 }
312
313                 /*
314                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
315                  * timer
316                  */
317                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
318                                        delta_jiffies);
319                 ts->idle_expires = expires;
320
321                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
322                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
323                                       HRTIMER_MODE_ABS);
324                         /* Check, if the timer was already in the past */
325                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
326                                 goto out;
327                 } else if (!tick_program_event(expires, 0))
328                                 goto out;
329                 /*
330                  * We are past the event already. So we crossed a
331                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
332                  * softirq.
333                  */
334                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
335                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
336         }
337         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
338 out:
339         ts->next_jiffies = next_jiffies;
340         ts->last_jiffies = last_jiffies;
341         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
342 end:
343         local_irq_restore(flags);
344 }
345
346 /**
347  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
348  *
349  * Called from power state control code with interrupts disabled
350  */
351 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
352 {
353         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
354
355         return ts->sleep_length;
356 }
357
358 /**
359  * tick_nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
360  *
361  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
362  */
363 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
364 {
365         int cpu = smp_processor_id();
366         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
367         unsigned long ticks;
368         ktime_t now;
369
370         local_irq_disable();
371         tick_nohz_stop_idle(cpu);
372
373         if (!ts->tick_stopped) {
374                 local_irq_enable();
375                 return;
376         }
377
378         /* Update jiffies first */
379         select_nohz_load_balancer(0);
380         now = ktime_get();
381         tick_do_update_jiffies64(now);
382         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
383
384         /*
385          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
386          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
387          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
388          */
389         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
390         /*
391          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
392          */
393         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
394                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
395                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
396                                     jiffies_to_cputime(ticks));
397                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
398         }
399
400         /*
401          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
402          */
403         ts->tick_stopped  = 0;
404         ts->idle_exittime = now;
405         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
406         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
407
408         while (1) {
409                 /* Forward the time to expire in the future */
410                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
411
412                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
413                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
414                                       ts->sched_timer.expires,
415                                       HRTIMER_MODE_ABS);
416                         /* Check, if the timer was already in the past */
417                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
418                                 break;
419                 } else {
420                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
421                                 break;
422                 }
423                 /* Update jiffies and reread time */
424                 tick_do_update_jiffies64(now);
425                 now = ktime_get();
426         }
427         local_irq_enable();
428 }
429
430 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
431 {
432         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
433         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
434 }
435
436 /*
437  * The nohz low res interrupt handler
438  */
439 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
440 {
441         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
442         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
443         int cpu = smp_processor_id();
444         ktime_t now = ktime_get();
445
446         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
447
448         /*
449          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
450          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
451          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
452          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
453          * xtime_lock.
454          */
455         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
456                 tick_do_timer_cpu = cpu;
457
458         /* Check, if the jiffies need an update */
459         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
460                 tick_do_update_jiffies64(now);
461
462         /*
463          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
464          * the watchdog as we might not schedule for a really long
465          * time. This happens on complete idle SMP systems while
466          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
467          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
468          * do when we go busy again does not account too much ticks.
469          */
470         if (ts->tick_stopped) {
471                 touch_softlockup_watchdog();
472                 ts->idle_jiffies++;
473         }
474
475         update_process_times(user_mode(regs));
476         profile_tick(CPU_PROFILING);
477
478         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
479         if (ts->tick_stopped)
480                 return;
481
482         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
483                 now = ktime_get();
484                 tick_do_update_jiffies64(now);
485         }
486 }
487
488 /**
489  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
490  */
491 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
492 {
493         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
494         ktime_t next;
495
496         if (!tick_nohz_enabled)
497                 return;
498
499         local_irq_disable();
500         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
501                 local_irq_enable();
502                 return;
503         }
504
505         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
506
507         /*
508          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
509          * hrtimer_forward with the highres code.
510          */
511         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
512         /* Get the next period */
513         next = tick_init_jiffy_update();
514
515         for (;;) {
516                 ts->sched_timer.expires = next;
517                 if (!tick_program_event(next, 0))
518                         break;
519                 next = ktime_add(next, tick_period);
520         }
521         local_irq_enable();
522
523         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
524                smp_processor_id());
525 }
526
527 #else
528
529 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
530
531 #endif /* NO_HZ */
532
533 /*
534  * High resolution timer specific code
535  */
536 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
537 /*
538  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
539  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
540  */
541 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
542 {
543         struct tick_sched *ts =
544                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
545         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
546         ktime_t now = ktime_get();
547         int cpu = smp_processor_id();
548
549 #ifdef CONFIG_NO_HZ
550         /*
551          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
552          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
553          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
554          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
555          * xtime_lock.
556          */
557         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
558                 tick_do_timer_cpu = cpu;
559 #endif
560
561         /* Check, if the jiffies need an update */
562         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
563                 tick_do_update_jiffies64(now);
564
565         /*
566          * Do not call, when we are not in irq context and have
567          * no valid regs pointer
568          */
569         if (regs) {
570                 /*
571                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
572                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
573                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
574                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
575                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
576                  * when we go busy again does not account too much ticks.
577                  */
578                 if (ts->tick_stopped) {
579                         touch_softlockup_watchdog();
580                         ts->idle_jiffies++;
581                 }
582                 update_process_times(user_mode(regs));
583                 profile_tick(CPU_PROFILING);
584         }
585
586         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
587         if (ts->tick_stopped)
588                 return HRTIMER_NORESTART;
589
590         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
591
592         return HRTIMER_RESTART;
593 }
594
595 /**
596  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
597  */
598 void tick_setup_sched_timer(void)
599 {
600         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
601         ktime_t now = ktime_get();
602         u64 offset;
603
604         /*
605          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
606          */
607         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
608         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
609         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
610
611         /* Get the next period (per cpu) */
612         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
613         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
614         do_div(offset, num_possible_cpus());
615         offset *= smp_processor_id();
616         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
617
618         for (;;) {
619                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
620                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
621                               HRTIMER_MODE_ABS);
622                 /* Check, if the timer was already in the past */
623                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
624                         break;
625                 now = ktime_get();
626         }
627
628 #ifdef CONFIG_NO_HZ
629         if (tick_nohz_enabled)
630                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
631 #endif
632 }
633
634 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
635 {
636         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
637
638         if (ts->sched_timer.base)
639                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
640         ts->tick_stopped = 0;
641         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
642 }
643 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
644
645 /**
646  * Async notification about clocksource changes
647  */
648 void tick_clock_notify(void)
649 {
650         int cpu;
651
652         for_each_possible_cpu(cpu)
653                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
654 }
655
656 /*
657  * Async notification about clock event changes
658  */
659 void tick_oneshot_notify(void)
660 {
661         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
662
663         set_bit(0, &ts->check_clocks);
664 }
665
666 /**
667  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
668  *
669  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
670  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
671  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
672  * or runtime).
673  */
674 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
675 {
676         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
677
678         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
679                 return 0;
680
681         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
682                 return 0;
683
684         if (!timekeeping_is_continuous() || !tick_is_oneshot_available())
685                 return 0;
686
687         if (!allow_nohz)
688                 return 1;
689
690         tick_nohz_switch_to_nohz();
691         return 0;
692 }