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