rcu: add support for dynamic ticks and preempt rcu
[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                         rcu_enter_nohz();
286                 }
287
288                 /*
289                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
290                  * give up the assignment and let it be taken by the
291                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
292                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
293                  * jiffies might be stale and do_timer() never
294                  * invoked.
295                  */
296                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
297                         tick_do_timer_cpu = -1;
298
299                 ts->idle_sleeps++;
300
301                 /*
302                  * delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals that
303                  * there is no timer pending or at least extremly far
304                  * into the future (12 days for HZ=1000). In this case
305                  * we simply stop the tick timer:
306                  */
307                 if (unlikely(delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
308                         ts->idle_expires.tv64 = KTIME_MAX;
309                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
310                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
311                         goto out;
312                 }
313
314                 /*
315                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
316                  * timer
317                  */
318                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
319                                        delta_jiffies);
320                 ts->idle_expires = expires;
321
322                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
323                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
324                                       HRTIMER_MODE_ABS);
325                         /* Check, if the timer was already in the past */
326                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
327                                 goto out;
328                 } else if (!tick_program_event(expires, 0))
329                                 goto out;
330                 /*
331                  * We are past the event already. So we crossed a
332                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
333                  * softirq.
334                  */
335                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
336                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
337         }
338         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
339 out:
340         ts->next_jiffies = next_jiffies;
341         ts->last_jiffies = last_jiffies;
342         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
343 end:
344         local_irq_restore(flags);
345 }
346
347 /**
348  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
349  *
350  * Called from power state control code with interrupts disabled
351  */
352 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
353 {
354         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
355
356         return ts->sleep_length;
357 }
358
359 /**
360  * tick_nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
361  *
362  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
363  */
364 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
365 {
366         int cpu = smp_processor_id();
367         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
368         unsigned long ticks;
369         ktime_t now;
370
371         local_irq_disable();
372         tick_nohz_stop_idle(cpu);
373
374         if (!ts->tick_stopped) {
375                 local_irq_enable();
376                 return;
377         }
378
379         rcu_exit_nohz();
380
381         /* Update jiffies first */
382         select_nohz_load_balancer(0);
383         now = ktime_get();
384         tick_do_update_jiffies64(now);
385         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
386
387         /*
388          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
389          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
390          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
391          */
392         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
393         /*
394          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
395          */
396         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
397                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
398                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
399                                     jiffies_to_cputime(ticks));
400                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
401         }
402
403         /*
404          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
405          */
406         ts->tick_stopped  = 0;
407         ts->idle_exittime = now;
408         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
409         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
410
411         while (1) {
412                 /* Forward the time to expire in the future */
413                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
414
415                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
416                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
417                                       ts->sched_timer.expires,
418                                       HRTIMER_MODE_ABS);
419                         /* Check, if the timer was already in the past */
420                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
421                                 break;
422                 } else {
423                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
424                                 break;
425                 }
426                 /* Update jiffies and reread time */
427                 tick_do_update_jiffies64(now);
428                 now = ktime_get();
429         }
430         local_irq_enable();
431 }
432
433 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
434 {
435         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
436         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
437 }
438
439 /*
440  * The nohz low res interrupt handler
441  */
442 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
443 {
444         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
445         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
446         int cpu = smp_processor_id();
447         ktime_t now = ktime_get();
448
449         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
450
451         /*
452          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
453          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
454          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
455          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
456          * xtime_lock.
457          */
458         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
459                 tick_do_timer_cpu = cpu;
460
461         /* Check, if the jiffies need an update */
462         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
463                 tick_do_update_jiffies64(now);
464
465         /*
466          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
467          * the watchdog as we might not schedule for a really long
468          * time. This happens on complete idle SMP systems while
469          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
470          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
471          * do when we go busy again does not account too much ticks.
472          */
473         if (ts->tick_stopped) {
474                 touch_softlockup_watchdog();
475                 ts->idle_jiffies++;
476         }
477
478         update_process_times(user_mode(regs));
479         profile_tick(CPU_PROFILING);
480
481         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
482         if (ts->tick_stopped)
483                 return;
484
485         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
486                 now = ktime_get();
487                 tick_do_update_jiffies64(now);
488         }
489 }
490
491 /**
492  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
493  */
494 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
495 {
496         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
497         ktime_t next;
498
499         if (!tick_nohz_enabled)
500                 return;
501
502         local_irq_disable();
503         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
504                 local_irq_enable();
505                 return;
506         }
507
508         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
509
510         /*
511          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
512          * hrtimer_forward with the highres code.
513          */
514         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
515         /* Get the next period */
516         next = tick_init_jiffy_update();
517
518         for (;;) {
519                 ts->sched_timer.expires = next;
520                 if (!tick_program_event(next, 0))
521                         break;
522                 next = ktime_add(next, tick_period);
523         }
524         local_irq_enable();
525
526         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
527                smp_processor_id());
528 }
529
530 #else
531
532 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
533
534 #endif /* NO_HZ */
535
536 /*
537  * High resolution timer specific code
538  */
539 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
540 /*
541  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
542  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
543  */
544 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
545 {
546         struct tick_sched *ts =
547                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
548         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
549         ktime_t now = ktime_get();
550         int cpu = smp_processor_id();
551
552 #ifdef CONFIG_NO_HZ
553         /*
554          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
555          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
556          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
557          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
558          * xtime_lock.
559          */
560         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
561                 tick_do_timer_cpu = cpu;
562 #endif
563
564         /* Check, if the jiffies need an update */
565         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
566                 tick_do_update_jiffies64(now);
567
568         /*
569          * Do not call, when we are not in irq context and have
570          * no valid regs pointer
571          */
572         if (regs) {
573                 /*
574                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
575                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
576                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
577                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
578                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
579                  * when we go busy again does not account too much ticks.
580                  */
581                 if (ts->tick_stopped) {
582                         touch_softlockup_watchdog();
583                         ts->idle_jiffies++;
584                 }
585                 update_process_times(user_mode(regs));
586                 profile_tick(CPU_PROFILING);
587         }
588
589         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
590         if (ts->tick_stopped)
591                 return HRTIMER_NORESTART;
592
593         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
594
595         return HRTIMER_RESTART;
596 }
597
598 /**
599  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
600  */
601 void tick_setup_sched_timer(void)
602 {
603         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
604         ktime_t now = ktime_get();
605         u64 offset;
606
607         /*
608          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
609          */
610         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
611         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
612         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
613
614         /* Get the next period (per cpu) */
615         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
616         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
617         do_div(offset, num_possible_cpus());
618         offset *= smp_processor_id();
619         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
620
621         for (;;) {
622                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
623                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
624                               HRTIMER_MODE_ABS);
625                 /* Check, if the timer was already in the past */
626                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
627                         break;
628                 now = ktime_get();
629         }
630
631 #ifdef CONFIG_NO_HZ
632         if (tick_nohz_enabled)
633                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
634 #endif
635 }
636
637 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
638 {
639         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
640
641         if (ts->sched_timer.base)
642                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
643         ts->tick_stopped = 0;
644         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
645 }
646 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
647
648 /**
649  * Async notification about clocksource changes
650  */
651 void tick_clock_notify(void)
652 {
653         int cpu;
654
655         for_each_possible_cpu(cpu)
656                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
657 }
658
659 /*
660  * Async notification about clock event changes
661  */
662 void tick_oneshot_notify(void)
663 {
664         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
665
666         set_bit(0, &ts->check_clocks);
667 }
668
669 /**
670  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
671  *
672  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
673  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
674  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
675  * or runtime).
676  */
677 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
678 {
679         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
680
681         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
682                 return 0;
683
684         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
685                 return 0;
686
687         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
688                 return 0;
689
690         if (!allow_nohz)
691                 return 1;
692
693         tick_nohz_switch_to_nohz();
694         return 0;
695 }