nohz: reduce jiffies polling overhead
[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         touch_softlockup_watchdog();
144
145         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
146         now = ktime_get();
147         ts->idle_waketime = now;
148
149         local_irq_save(flags);
150         tick_do_update_jiffies64(now);
151         local_irq_restore(flags);
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 }
167
168 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
169 {
170         ktime_t now, delta;
171
172         now = ktime_get();
173         if (ts->idle_active) {
174                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
175                 ts->idle_lastupdate = now;
176                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
177         }
178         ts->idle_entrytime = now;
179         ts->idle_active = 1;
180         return now;
181 }
182
183 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
184 {
185         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
186
187         *last_update_time = ktime_to_us(ts->idle_lastupdate);
188         return ktime_to_us(ts->idle_sleeptime);
189 }
190
191 /**
192  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
193  *
194  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
195  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
196  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
197  */
198 void tick_nohz_stop_sched_tick(void)
199 {
200         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
201         struct tick_sched *ts;
202         ktime_t last_update, expires, now;
203         struct clock_event_device *dev = __get_cpu_var(tick_cpu_device).evtdev;
204         int cpu;
205
206         local_irq_save(flags);
207
208         cpu = smp_processor_id();
209         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
210         now = tick_nohz_start_idle(ts);
211
212         /*
213          * If this cpu is offline and it is the one which updates
214          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
215          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
216          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
217          * invoked.
218          */
219         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
220                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
221                         tick_do_timer_cpu = -1;
222         }
223
224         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
225                 goto end;
226
227         if (need_resched())
228                 goto end;
229
230         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
231                 static int ratelimit;
232
233                 if (ratelimit < 10) {
234                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
235                                local_softirq_pending());
236                         ratelimit++;
237                 }
238         }
239
240         ts->idle_calls++;
241         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
242         do {
243                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
244                 last_update = last_jiffies_update;
245                 last_jiffies = jiffies;
246         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
247
248         /* Get the next timer wheel timer */
249         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
250         delta_jiffies = next_jiffies - last_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         touch_softlockup_watchdog();
404         /*
405          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
406          */
407         ts->tick_stopped  = 0;
408         ts->idle_exittime = now;
409         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
410         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
411
412         while (1) {
413                 /* Forward the time to expire in the future */
414                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
415
416                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
417                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
418                                       ts->sched_timer.expires,
419                                       HRTIMER_MODE_ABS);
420                         /* Check, if the timer was already in the past */
421                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
422                                 break;
423                 } else {
424                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
425                                 break;
426                 }
427                 /* Update jiffies and reread time */
428                 tick_do_update_jiffies64(now);
429                 now = ktime_get();
430         }
431         local_irq_enable();
432 }
433
434 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
435 {
436         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
437         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
438 }
439
440 /*
441  * The nohz low res interrupt handler
442  */
443 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
444 {
445         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
446         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
447         int cpu = smp_processor_id();
448         ktime_t now = ktime_get();
449
450         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
451
452         /*
453          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
454          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
455          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
456          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
457          * xtime_lock.
458          */
459         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
460                 tick_do_timer_cpu = cpu;
461
462         /* Check, if the jiffies need an update */
463         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
464                 tick_do_update_jiffies64(now);
465
466         /*
467          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
468          * the watchdog as we might not schedule for a really long
469          * time. This happens on complete idle SMP systems while
470          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
471          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
472          * do when we go busy again does not account too much ticks.
473          */
474         if (ts->tick_stopped) {
475                 touch_softlockup_watchdog();
476                 ts->idle_jiffies++;
477         }
478
479         update_process_times(user_mode(regs));
480         profile_tick(CPU_PROFILING);
481
482         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
483         if (ts->tick_stopped)
484                 return;
485
486         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
487                 now = ktime_get();
488                 tick_do_update_jiffies64(now);
489         }
490 }
491
492 /**
493  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
494  */
495 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
496 {
497         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
498         ktime_t next;
499
500         if (!tick_nohz_enabled)
501                 return;
502
503         local_irq_disable();
504         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
505                 local_irq_enable();
506                 return;
507         }
508
509         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
510
511         /*
512          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
513          * hrtimer_forward with the highres code.
514          */
515         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
516         /* Get the next period */
517         next = tick_init_jiffy_update();
518
519         for (;;) {
520                 ts->sched_timer.expires = next;
521                 if (!tick_program_event(next, 0))
522                         break;
523                 next = ktime_add(next, tick_period);
524         }
525         local_irq_enable();
526
527         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
528                smp_processor_id());
529 }
530
531 #else
532
533 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
534
535 #endif /* NO_HZ */
536
537 /*
538  * High resolution timer specific code
539  */
540 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
541 /*
542  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
543  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
544  */
545 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
546 {
547         struct tick_sched *ts =
548                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
549         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
550         ktime_t now = ktime_get();
551         int cpu = smp_processor_id();
552
553 #ifdef CONFIG_NO_HZ
554         /*
555          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
556          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
557          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
558          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
559          * xtime_lock.
560          */
561         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
562                 tick_do_timer_cpu = cpu;
563 #endif
564
565         /* Check, if the jiffies need an update */
566         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
567                 tick_do_update_jiffies64(now);
568
569         /*
570          * Do not call, when we are not in irq context and have
571          * no valid regs pointer
572          */
573         if (regs) {
574                 /*
575                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
576                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
577                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
578                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
579                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
580                  * when we go busy again does not account too much ticks.
581                  */
582                 if (ts->tick_stopped) {
583                         touch_softlockup_watchdog();
584                         ts->idle_jiffies++;
585                 }
586                 update_process_times(user_mode(regs));
587                 profile_tick(CPU_PROFILING);
588         }
589
590         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
591         if (ts->tick_stopped)
592                 return HRTIMER_NORESTART;
593
594         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
595
596         return HRTIMER_RESTART;
597 }
598
599 /**
600  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
601  */
602 void tick_setup_sched_timer(void)
603 {
604         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
605         ktime_t now = ktime_get();
606         u64 offset;
607
608         /*
609          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
610          */
611         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
612         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
613         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
614
615         /* Get the next period (per cpu) */
616         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
617         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
618         do_div(offset, num_possible_cpus());
619         offset *= smp_processor_id();
620         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
621
622         for (;;) {
623                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
624                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
625                               HRTIMER_MODE_ABS);
626                 /* Check, if the timer was already in the past */
627                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
628                         break;
629                 now = ktime_get();
630         }
631
632 #ifdef CONFIG_NO_HZ
633         if (tick_nohz_enabled)
634                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
635 #endif
636 }
637
638 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
639 {
640         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
641
642         if (ts->sched_timer.base)
643                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
644
645         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
646 }
647 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
648
649 /**
650  * Async notification about clocksource changes
651  */
652 void tick_clock_notify(void)
653 {
654         int cpu;
655
656         for_each_possible_cpu(cpu)
657                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
658 }
659
660 /*
661  * Async notification about clock event changes
662  */
663 void tick_oneshot_notify(void)
664 {
665         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
666
667         set_bit(0, &ts->check_clocks);
668 }
669
670 /**
671  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
672  *
673  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
674  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
675  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
676  * or runtime).
677  */
678 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
679 {
680         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
681
682         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
683                 return 0;
684
685         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
686                 return 0;
687
688         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
689                 return 0;
690
691         if (!allow_nohz)
692                 return 1;
693
694         tick_nohz_switch_to_nohz();
695         return 0;
696 }