sched_clock: fix NOHZ interaction
[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         /*
52          * Do a quick check without holding xtime_lock:
53          */
54         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
55         if (delta.tv64 < tick_period.tv64)
56                 return;
57
58         /* Reevalute with xtime_lock held */
59         write_seqlock(&xtime_lock);
60
61         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
62         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
63
64                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
65                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
66                                                 tick_period);
67
68                 /* Slow path for long timeouts */
69                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
70                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
71
72                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
73
74                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
75                                                            incr * ticks);
76                 }
77                 do_timer(++ticks);
78         }
79         write_sequnlock(&xtime_lock);
80 }
81
82 /*
83  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
84  */
85 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
86 {
87         ktime_t period;
88
89         write_seqlock(&xtime_lock);
90         /* Did we start the jiffies update yet ? */
91         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
92                 last_jiffies_update = tick_next_period;
93         period = last_jiffies_update;
94         write_sequnlock(&xtime_lock);
95         return period;
96 }
97
98 /*
99  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
100  */
101 #ifdef CONFIG_NO_HZ
102 /*
103  * NO HZ enabled ?
104  */
105 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
106
107 /*
108  * Enable / Disable tickless mode
109  */
110 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
111 {
112         if (!strcmp(str, "off"))
113                 tick_nohz_enabled = 0;
114         else if (!strcmp(str, "on"))
115                 tick_nohz_enabled = 1;
116         else
117                 return 0;
118         return 1;
119 }
120
121 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
122
123 /**
124  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
125  *
126  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
127  *
128  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
129  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
130  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
131  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
132  */
133 void tick_nohz_update_jiffies(void)
134 {
135         int cpu = smp_processor_id();
136         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
137         unsigned long flags;
138         ktime_t now;
139
140         if (!ts->tick_stopped)
141                 return;
142
143         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
144         now = ktime_get();
145         ts->idle_waketime = now;
146
147         local_irq_save(flags);
148         tick_do_update_jiffies64(now);
149         local_irq_restore(flags);
150
151         touch_softlockup_watchdog();
152 }
153
154 void tick_nohz_stop_idle(int cpu)
155 {
156         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
157
158         if (ts->idle_active) {
159                 ktime_t now, delta;
160                 now = ktime_get();
161                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
162                 ts->idle_lastupdate = now;
163                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
164                 ts->idle_active = 0;
165
166                 sched_clock_idle_wakeup_event(0);
167         }
168 }
169
170 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
171 {
172         ktime_t now, delta;
173
174         now = ktime_get();
175         if (ts->idle_active) {
176                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
177                 ts->idle_lastupdate = now;
178                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
179         }
180         ts->idle_entrytime = now;
181         ts->idle_active = 1;
182         sched_clock_idle_sleep_event();
183         return now;
184 }
185
186 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
187 {
188         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
189
190         *last_update_time = ktime_to_us(ts->idle_lastupdate);
191         return ktime_to_us(ts->idle_sleeptime);
192 }
193
194 /**
195  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
196  *
197  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
198  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
199  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
200  */
201 void tick_nohz_stop_sched_tick(int inidle)
202 {
203         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
204         struct tick_sched *ts;
205         ktime_t last_update, expires, now;
206         struct clock_event_device *dev = __get_cpu_var(tick_cpu_device).evtdev;
207         int cpu;
208
209         local_irq_save(flags);
210
211         cpu = smp_processor_id();
212         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
213         now = tick_nohz_start_idle(ts);
214
215         /*
216          * If this cpu is offline and it is the one which updates
217          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
218          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
219          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
220          * invoked.
221          */
222         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
223                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
224                         tick_do_timer_cpu = -1;
225         }
226
227         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
228                 goto end;
229
230         if (!inidle && !ts->inidle)
231                 goto end;
232
233         ts->inidle = 1;
234
235         if (need_resched())
236                 goto end;
237
238         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
239                 static int ratelimit;
240
241                 if (ratelimit < 10) {
242                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
243                                local_softirq_pending());
244                         ratelimit++;
245                 }
246                 goto end;
247         }
248
249         ts->idle_calls++;
250         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
251         do {
252                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
253                 last_update = last_jiffies_update;
254                 last_jiffies = jiffies;
255         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
256
257         /* Get the next timer wheel timer */
258         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
259         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
260
261         if (rcu_needs_cpu(cpu))
262                 delta_jiffies = 1;
263         /*
264          * Do not stop the tick, if we are only one off
265          * or if the cpu is required for rcu
266          */
267         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
268                 goto out;
269
270         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
271         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
272
273                 if (delta_jiffies > 1)
274                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
275                 /*
276                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
277                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
278                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
279                  * first call we save the current tick time, so we can restart
280                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
281                  */
282                 if (!ts->tick_stopped) {
283                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
284                                 /*
285                                  * sched tick not stopped!
286                                  */
287                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
288                                 goto out;
289                         }
290
291                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
292                         ts->tick_stopped = 1;
293                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
294                         rcu_enter_nohz();
295                 }
296
297                 /*
298                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
299                  * give up the assignment and let it be taken by the
300                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
301                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
302                  * jiffies might be stale and do_timer() never
303                  * invoked.
304                  */
305                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
306                         tick_do_timer_cpu = -1;
307
308                 ts->idle_sleeps++;
309
310                 /*
311                  * delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals that
312                  * there is no timer pending or at least extremly far
313                  * into the future (12 days for HZ=1000). In this case
314                  * we simply stop the tick timer:
315                  */
316                 if (unlikely(delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
317                         ts->idle_expires.tv64 = KTIME_MAX;
318                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
319                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
320                         goto out;
321                 }
322
323                 /*
324                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
325                  * timer
326                  */
327                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
328                                        delta_jiffies);
329                 ts->idle_expires = expires;
330
331                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
332                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
333                                       HRTIMER_MODE_ABS);
334                         /* Check, if the timer was already in the past */
335                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
336                                 goto out;
337                 } else if (!tick_program_event(expires, 0))
338                                 goto out;
339                 /*
340                  * We are past the event already. So we crossed a
341                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
342                  * softirq.
343                  */
344                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
345                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
346         }
347         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
348 out:
349         ts->next_jiffies = next_jiffies;
350         ts->last_jiffies = last_jiffies;
351         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
352 end:
353         local_irq_restore(flags);
354 }
355
356 /**
357  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
358  *
359  * Called from power state control code with interrupts disabled
360  */
361 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
362 {
363         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
364
365         return ts->sleep_length;
366 }
367
368 /**
369  * tick_nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
370  *
371  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
372  */
373 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
374 {
375         int cpu = smp_processor_id();
376         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
377         unsigned long ticks;
378         ktime_t now;
379
380         local_irq_disable();
381         tick_nohz_stop_idle(cpu);
382
383         if (!ts->inidle || !ts->tick_stopped) {
384                 ts->inidle = 0;
385                 local_irq_enable();
386                 return;
387         }
388
389         ts->inidle = 0;
390
391         rcu_exit_nohz();
392
393         /* Update jiffies first */
394         select_nohz_load_balancer(0);
395         now = ktime_get();
396         tick_do_update_jiffies64(now);
397         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
398
399         /*
400          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
401          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
402          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
403          */
404         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
405         /*
406          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
407          */
408         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
409                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
410                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
411                                     jiffies_to_cputime(ticks));
412                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
413         }
414
415         touch_softlockup_watchdog();
416         /*
417          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
418          */
419         ts->tick_stopped  = 0;
420         ts->idle_exittime = now;
421         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
422         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
423
424         while (1) {
425                 /* Forward the time to expire in the future */
426                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
427
428                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
429                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
430                                       ts->sched_timer.expires,
431                                       HRTIMER_MODE_ABS);
432                         /* Check, if the timer was already in the past */
433                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
434                                 break;
435                 } else {
436                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
437                                 break;
438                 }
439                 /* Update jiffies and reread time */
440                 tick_do_update_jiffies64(now);
441                 now = ktime_get();
442         }
443         local_irq_enable();
444 }
445
446 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
447 {
448         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
449         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
450 }
451
452 /*
453  * The nohz low res interrupt handler
454  */
455 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
456 {
457         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
458         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
459         int cpu = smp_processor_id();
460         ktime_t now = ktime_get();
461
462         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
463
464         /*
465          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
466          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
467          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
468          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
469          * xtime_lock.
470          */
471         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
472                 tick_do_timer_cpu = cpu;
473
474         /* Check, if the jiffies need an update */
475         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
476                 tick_do_update_jiffies64(now);
477
478         /*
479          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
480          * the watchdog as we might not schedule for a really long
481          * time. This happens on complete idle SMP systems while
482          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
483          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
484          * do when we go busy again does not account too much ticks.
485          */
486         if (ts->tick_stopped) {
487                 touch_softlockup_watchdog();
488                 ts->idle_jiffies++;
489         }
490
491         update_process_times(user_mode(regs));
492         profile_tick(CPU_PROFILING);
493
494         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
495         if (ts->tick_stopped)
496                 return;
497
498         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
499                 now = ktime_get();
500                 tick_do_update_jiffies64(now);
501         }
502 }
503
504 /**
505  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
506  */
507 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
508 {
509         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
510         ktime_t next;
511
512         if (!tick_nohz_enabled)
513                 return;
514
515         local_irq_disable();
516         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
517                 local_irq_enable();
518                 return;
519         }
520
521         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
522
523         /*
524          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
525          * hrtimer_forward with the highres code.
526          */
527         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
528         /* Get the next period */
529         next = tick_init_jiffy_update();
530
531         for (;;) {
532                 ts->sched_timer.expires = next;
533                 if (!tick_program_event(next, 0))
534                         break;
535                 next = ktime_add(next, tick_period);
536         }
537         local_irq_enable();
538
539         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
540                smp_processor_id());
541 }
542
543 #else
544
545 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
546
547 #endif /* NO_HZ */
548
549 /*
550  * High resolution timer specific code
551  */
552 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
553 /*
554  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
555  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
556  */
557 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
558 {
559         struct tick_sched *ts =
560                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
561         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
562         ktime_t now = ktime_get();
563         int cpu = smp_processor_id();
564
565 #ifdef CONFIG_NO_HZ
566         /*
567          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
568          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
569          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
570          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
571          * xtime_lock.
572          */
573         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
574                 tick_do_timer_cpu = cpu;
575 #endif
576
577         /* Check, if the jiffies need an update */
578         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
579                 tick_do_update_jiffies64(now);
580
581         /*
582          * Do not call, when we are not in irq context and have
583          * no valid regs pointer
584          */
585         if (regs) {
586                 /*
587                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
588                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
589                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
590                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
591                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
592                  * when we go busy again does not account too much ticks.
593                  */
594                 if (ts->tick_stopped) {
595                         touch_softlockup_watchdog();
596                         ts->idle_jiffies++;
597                 }
598                 update_process_times(user_mode(regs));
599                 profile_tick(CPU_PROFILING);
600         }
601
602         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
603         if (ts->tick_stopped)
604                 return HRTIMER_NORESTART;
605
606         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
607
608         return HRTIMER_RESTART;
609 }
610
611 /**
612  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
613  */
614 void tick_setup_sched_timer(void)
615 {
616         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
617         ktime_t now = ktime_get();
618         u64 offset;
619
620         /*
621          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
622          */
623         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
624         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
625         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
626
627         /* Get the next period (per cpu) */
628         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
629         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
630         do_div(offset, num_possible_cpus());
631         offset *= smp_processor_id();
632         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
633
634         for (;;) {
635                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
636                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
637                               HRTIMER_MODE_ABS);
638                 /* Check, if the timer was already in the past */
639                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
640                         break;
641                 now = ktime_get();
642         }
643
644 #ifdef CONFIG_NO_HZ
645         if (tick_nohz_enabled)
646                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
647 #endif
648 }
649 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
650
651 #if defined CONFIG_NO_HZ || defined CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
652 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
653 {
654         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
655
656 # ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
657         if (ts->sched_timer.base)
658                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
659 # endif
660
661         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
662 }
663 #endif
664
665 /**
666  * Async notification about clocksource changes
667  */
668 void tick_clock_notify(void)
669 {
670         int cpu;
671
672         for_each_possible_cpu(cpu)
673                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
674 }
675
676 /*
677  * Async notification about clock event changes
678  */
679 void tick_oneshot_notify(void)
680 {
681         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
682
683         set_bit(0, &ts->check_clocks);
684 }
685
686 /**
687  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
688  *
689  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
690  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
691  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
692  * or runtime).
693  */
694 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
695 {
696         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
697
698         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
699                 return 0;
700
701         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
702                 return 0;
703
704         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
705                 return 0;
706
707         if (!allow_nohz)
708                 return 1;
709
710         tick_nohz_switch_to_nohz();
711         return 0;
712 }