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