xen: don't drop NX bit
[linux-3.10.git] / arch / x86 / xen / time.c
1 /*
2  * Xen time implementation.
3  *
4  * This is implemented in terms of a clocksource driver which uses
5  * the hypervisor clock as a nanosecond timebase, and a clockevent
6  * driver which uses the hypervisor's timer mechanism.
7  *
8  * Jeremy Fitzhardinge <jeremy@xensource.com>, XenSource Inc, 2007
9  */
10 #include <linux/kernel.h>
11 #include <linux/interrupt.h>
12 #include <linux/clocksource.h>
13 #include <linux/clockchips.h>
14 #include <linux/kernel_stat.h>
15 #include <linux/math64.h>
16
17 #include <asm/xen/hypervisor.h>
18 #include <asm/xen/hypercall.h>
19
20 #include <xen/events.h>
21 #include <xen/interface/xen.h>
22 #include <xen/interface/vcpu.h>
23
24 #include "xen-ops.h"
25
26 #define XEN_SHIFT 22
27
28 /* Xen may fire a timer up to this many ns early */
29 #define TIMER_SLOP      100000
30 #define NS_PER_TICK     (1000000000LL / HZ)
31
32 static cycle_t xen_clocksource_read(void);
33
34 /* These are perodically updated in shared_info, and then copied here. */
35 struct shadow_time_info {
36         u64 tsc_timestamp;     /* TSC at last update of time vals.  */
37         u64 system_timestamp;  /* Time, in nanosecs, since boot.    */
38         u32 tsc_to_nsec_mul;
39         int tsc_shift;
40         u32 version;
41 };
42
43 static DEFINE_PER_CPU(struct shadow_time_info, shadow_time);
44
45 /* runstate info updated by Xen */
46 static DEFINE_PER_CPU(struct vcpu_runstate_info, runstate);
47
48 /* snapshots of runstate info */
49 static DEFINE_PER_CPU(struct vcpu_runstate_info, runstate_snapshot);
50
51 /* unused ns of stolen and blocked time */
52 static DEFINE_PER_CPU(u64, residual_stolen);
53 static DEFINE_PER_CPU(u64, residual_blocked);
54
55 /* return an consistent snapshot of 64-bit time/counter value */
56 static u64 get64(const u64 *p)
57 {
58         u64 ret;
59
60         if (BITS_PER_LONG < 64) {
61                 u32 *p32 = (u32 *)p;
62                 u32 h, l;
63
64                 /*
65                  * Read high then low, and then make sure high is
66                  * still the same; this will only loop if low wraps
67                  * and carries into high.
68                  * XXX some clean way to make this endian-proof?
69                  */
70                 do {
71                         h = p32[1];
72                         barrier();
73                         l = p32[0];
74                         barrier();
75                 } while (p32[1] != h);
76
77                 ret = (((u64)h) << 32) | l;
78         } else
79                 ret = *p;
80
81         return ret;
82 }
83
84 /*
85  * Runstate accounting
86  */
87 static void get_runstate_snapshot(struct vcpu_runstate_info *res)
88 {
89         u64 state_time;
90         struct vcpu_runstate_info *state;
91
92         BUG_ON(preemptible());
93
94         state = &__get_cpu_var(runstate);
95
96         /*
97          * The runstate info is always updated by the hypervisor on
98          * the current CPU, so there's no need to use anything
99          * stronger than a compiler barrier when fetching it.
100          */
101         do {
102                 state_time = get64(&state->state_entry_time);
103                 barrier();
104                 *res = *state;
105                 barrier();
106         } while (get64(&state->state_entry_time) != state_time);
107 }
108
109 /* return true when a vcpu could run but has no real cpu to run on */
110 bool xen_vcpu_stolen(int vcpu)
111 {
112         return per_cpu(runstate, vcpu).state == RUNSTATE_runnable;
113 }
114
115 static void setup_runstate_info(int cpu)
116 {
117         struct vcpu_register_runstate_memory_area area;
118
119         area.addr.v = &per_cpu(runstate, cpu);
120
121         if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_register_runstate_memory_area,
122                                cpu, &area))
123                 BUG();
124 }
125
126 static void do_stolen_accounting(void)
127 {
128         struct vcpu_runstate_info state;
129         struct vcpu_runstate_info *snap;
130         s64 blocked, runnable, offline, stolen;
131         cputime_t ticks;
132
133         get_runstate_snapshot(&state);
134
135         WARN_ON(state.state != RUNSTATE_running);
136
137         snap = &__get_cpu_var(runstate_snapshot);
138
139         /* work out how much time the VCPU has not been runn*ing*  */
140         blocked = state.time[RUNSTATE_blocked] - snap->time[RUNSTATE_blocked];
141         runnable = state.time[RUNSTATE_runnable] - snap->time[RUNSTATE_runnable];
142         offline = state.time[RUNSTATE_offline] - snap->time[RUNSTATE_offline];
143
144         *snap = state;
145
146         /* Add the appropriate number of ticks of stolen time,
147            including any left-overs from last time.  Passing NULL to
148            account_steal_time accounts the time as stolen. */
149         stolen = runnable + offline + __get_cpu_var(residual_stolen);
150
151         if (stolen < 0)
152                 stolen = 0;
153
154         ticks = iter_div_u64_rem(stolen, NS_PER_TICK, &stolen);
155         __get_cpu_var(residual_stolen) = stolen;
156         account_steal_time(NULL, ticks);
157
158         /* Add the appropriate number of ticks of blocked time,
159            including any left-overs from last time.  Passing idle to
160            account_steal_time accounts the time as idle/wait. */
161         blocked += __get_cpu_var(residual_blocked);
162
163         if (blocked < 0)
164                 blocked = 0;
165
166         ticks = iter_div_u64_rem(blocked, NS_PER_TICK, &blocked);
167         __get_cpu_var(residual_blocked) = blocked;
168         account_steal_time(idle_task(smp_processor_id()), ticks);
169 }
170
171 /*
172  * Xen sched_clock implementation.  Returns the number of unstolen
173  * nanoseconds, which is nanoseconds the VCPU spent in RUNNING+BLOCKED
174  * states.
175  */
176 unsigned long long xen_sched_clock(void)
177 {
178         struct vcpu_runstate_info state;
179         cycle_t now;
180         u64 ret;
181         s64 offset;
182
183         /*
184          * Ideally sched_clock should be called on a per-cpu basis
185          * anyway, so preempt should already be disabled, but that's
186          * not current practice at the moment.
187          */
188         preempt_disable();
189
190         now = xen_clocksource_read();
191
192         get_runstate_snapshot(&state);
193
194         WARN_ON(state.state != RUNSTATE_running);
195
196         offset = now - state.state_entry_time;
197         if (offset < 0)
198                 offset = 0;
199
200         ret = state.time[RUNSTATE_blocked] +
201                 state.time[RUNSTATE_running] +
202                 offset;
203
204         preempt_enable();
205
206         return ret;
207 }
208
209
210 /* Get the CPU speed from Xen */
211 unsigned long xen_cpu_khz(void)
212 {
213         u64 xen_khz = 1000000ULL << 32;
214         const struct vcpu_time_info *info =
215                 &HYPERVISOR_shared_info->vcpu_info[0].time;
216
217         do_div(xen_khz, info->tsc_to_system_mul);
218         if (info->tsc_shift < 0)
219                 xen_khz <<= -info->tsc_shift;
220         else
221                 xen_khz >>= info->tsc_shift;
222
223         return xen_khz;
224 }
225
226 /*
227  * Reads a consistent set of time-base values from Xen, into a shadow data
228  * area.
229  */
230 static unsigned get_time_values_from_xen(void)
231 {
232         struct vcpu_time_info   *src;
233         struct shadow_time_info *dst;
234
235         /* src is shared memory with the hypervisor, so we need to
236            make sure we get a consistent snapshot, even in the face of
237            being preempted. */
238         src = &__get_cpu_var(xen_vcpu)->time;
239         dst = &__get_cpu_var(shadow_time);
240
241         do {
242                 dst->version = src->version;
243                 rmb();          /* fetch version before data */
244                 dst->tsc_timestamp     = src->tsc_timestamp;
245                 dst->system_timestamp  = src->system_time;
246                 dst->tsc_to_nsec_mul   = src->tsc_to_system_mul;
247                 dst->tsc_shift         = src->tsc_shift;
248                 rmb();          /* test version after fetching data */
249         } while ((src->version & 1) | (dst->version ^ src->version));
250
251         return dst->version;
252 }
253
254 /*
255  * Scale a 64-bit delta by scaling and multiplying by a 32-bit fraction,
256  * yielding a 64-bit result.
257  */
258 static inline u64 scale_delta(u64 delta, u32 mul_frac, int shift)
259 {
260         u64 product;
261 #ifdef __i386__
262         u32 tmp1, tmp2;
263 #endif
264
265         if (shift < 0)
266                 delta >>= -shift;
267         else
268                 delta <<= shift;
269
270 #ifdef __i386__
271         __asm__ (
272                 "mul  %5       ; "
273                 "mov  %4,%%eax ; "
274                 "mov  %%edx,%4 ; "
275                 "mul  %5       ; "
276                 "xor  %5,%5    ; "
277                 "add  %4,%%eax ; "
278                 "adc  %5,%%edx ; "
279                 : "=A" (product), "=r" (tmp1), "=r" (tmp2)
280                 : "a" ((u32)delta), "1" ((u32)(delta >> 32)), "2" (mul_frac) );
281 #elif __x86_64__
282         __asm__ (
283                 "mul %%rdx ; shrd $32,%%rdx,%%rax"
284                 : "=a" (product) : "0" (delta), "d" ((u64)mul_frac) );
285 #else
286 #error implement me!
287 #endif
288
289         return product;
290 }
291
292 static u64 get_nsec_offset(struct shadow_time_info *shadow)
293 {
294         u64 now, delta;
295         now = native_read_tsc();
296         delta = now - shadow->tsc_timestamp;
297         return scale_delta(delta, shadow->tsc_to_nsec_mul, shadow->tsc_shift);
298 }
299
300 static cycle_t xen_clocksource_read(void)
301 {
302         struct shadow_time_info *shadow = &get_cpu_var(shadow_time);
303         cycle_t ret;
304         unsigned version;
305
306         do {
307                 version = get_time_values_from_xen();
308                 barrier();
309                 ret = shadow->system_timestamp + get_nsec_offset(shadow);
310                 barrier();
311         } while (version != __get_cpu_var(xen_vcpu)->time.version);
312
313         put_cpu_var(shadow_time);
314
315         return ret;
316 }
317
318 static void xen_read_wallclock(struct timespec *ts)
319 {
320         const struct shared_info *s = HYPERVISOR_shared_info;
321         u32 version;
322         u64 delta;
323         struct timespec now;
324
325         /* get wallclock at system boot */
326         do {
327                 version = s->wc_version;
328                 rmb();          /* fetch version before time */
329                 now.tv_sec  = s->wc_sec;
330                 now.tv_nsec = s->wc_nsec;
331                 rmb();          /* fetch time before checking version */
332         } while ((s->wc_version & 1) | (version ^ s->wc_version));
333
334         delta = xen_clocksource_read(); /* time since system boot */
335         delta += now.tv_sec * (u64)NSEC_PER_SEC + now.tv_nsec;
336
337         now.tv_nsec = do_div(delta, NSEC_PER_SEC);
338         now.tv_sec = delta;
339
340         set_normalized_timespec(ts, now.tv_sec, now.tv_nsec);
341 }
342
343 unsigned long xen_get_wallclock(void)
344 {
345         struct timespec ts;
346
347         xen_read_wallclock(&ts);
348
349         return ts.tv_sec;
350 }
351
352 int xen_set_wallclock(unsigned long now)
353 {
354         /* do nothing for domU */
355         return -1;
356 }
357
358 static struct clocksource xen_clocksource __read_mostly = {
359         .name = "xen",
360         .rating = 400,
361         .read = xen_clocksource_read,
362         .mask = ~0,
363         .mult = 1<<XEN_SHIFT,           /* time directly in nanoseconds */
364         .shift = XEN_SHIFT,
365         .flags = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS,
366 };
367
368 /*
369    Xen clockevent implementation
370
371    Xen has two clockevent implementations:
372
373    The old timer_op one works with all released versions of Xen prior
374    to version 3.0.4.  This version of the hypervisor provides a
375    single-shot timer with nanosecond resolution.  However, sharing the
376    same event channel is a 100Hz tick which is delivered while the
377    vcpu is running.  We don't care about or use this tick, but it will
378    cause the core time code to think the timer fired too soon, and
379    will end up resetting it each time.  It could be filtered, but
380    doing so has complications when the ktime clocksource is not yet
381    the xen clocksource (ie, at boot time).
382
383    The new vcpu_op-based timer interface allows the tick timer period
384    to be changed or turned off.  The tick timer is not useful as a
385    periodic timer because events are only delivered to running vcpus.
386    The one-shot timer can report when a timeout is in the past, so
387    set_next_event is capable of returning -ETIME when appropriate.
388    This interface is used when available.
389 */
390
391
392 /*
393   Get a hypervisor absolute time.  In theory we could maintain an
394   offset between the kernel's time and the hypervisor's time, and
395   apply that to a kernel's absolute timeout.  Unfortunately the
396   hypervisor and kernel times can drift even if the kernel is using
397   the Xen clocksource, because ntp can warp the kernel's clocksource.
398 */
399 static s64 get_abs_timeout(unsigned long delta)
400 {
401         return xen_clocksource_read() + delta;
402 }
403
404 static void xen_timerop_set_mode(enum clock_event_mode mode,
405                                  struct clock_event_device *evt)
406 {
407         switch (mode) {
408         case CLOCK_EVT_MODE_PERIODIC:
409                 /* unsupported */
410                 WARN_ON(1);
411                 break;
412
413         case CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT:
414         case CLOCK_EVT_MODE_RESUME:
415                 break;
416
417         case CLOCK_EVT_MODE_UNUSED:
418         case CLOCK_EVT_MODE_SHUTDOWN:
419                 HYPERVISOR_set_timer_op(0);  /* cancel timeout */
420                 break;
421         }
422 }
423
424 static int xen_timerop_set_next_event(unsigned long delta,
425                                       struct clock_event_device *evt)
426 {
427         WARN_ON(evt->mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT);
428
429         if (HYPERVISOR_set_timer_op(get_abs_timeout(delta)) < 0)
430                 BUG();
431
432         /* We may have missed the deadline, but there's no real way of
433            knowing for sure.  If the event was in the past, then we'll
434            get an immediate interrupt. */
435
436         return 0;
437 }
438
439 static const struct clock_event_device xen_timerop_clockevent = {
440         .name = "xen",
441         .features = CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT,
442
443         .max_delta_ns = 0xffffffff,
444         .min_delta_ns = TIMER_SLOP,
445
446         .mult = 1,
447         .shift = 0,
448         .rating = 500,
449
450         .set_mode = xen_timerop_set_mode,
451         .set_next_event = xen_timerop_set_next_event,
452 };
453
454
455
456 static void xen_vcpuop_set_mode(enum clock_event_mode mode,
457                                 struct clock_event_device *evt)
458 {
459         int cpu = smp_processor_id();
460
461         switch (mode) {
462         case CLOCK_EVT_MODE_PERIODIC:
463                 WARN_ON(1);     /* unsupported */
464                 break;
465
466         case CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT:
467                 if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL))
468                         BUG();
469                 break;
470
471         case CLOCK_EVT_MODE_UNUSED:
472         case CLOCK_EVT_MODE_SHUTDOWN:
473                 if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_singleshot_timer, cpu, NULL) ||
474                     HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL))
475                         BUG();
476                 break;
477         case CLOCK_EVT_MODE_RESUME:
478                 break;
479         }
480 }
481
482 static int xen_vcpuop_set_next_event(unsigned long delta,
483                                      struct clock_event_device *evt)
484 {
485         int cpu = smp_processor_id();
486         struct vcpu_set_singleshot_timer single;
487         int ret;
488
489         WARN_ON(evt->mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT);
490
491         single.timeout_abs_ns = get_abs_timeout(delta);
492         single.flags = VCPU_SSHOTTMR_future;
493
494         ret = HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_set_singleshot_timer, cpu, &single);
495
496         BUG_ON(ret != 0 && ret != -ETIME);
497
498         return ret;
499 }
500
501 static const struct clock_event_device xen_vcpuop_clockevent = {
502         .name = "xen",
503         .features = CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT,
504
505         .max_delta_ns = 0xffffffff,
506         .min_delta_ns = TIMER_SLOP,
507
508         .mult = 1,
509         .shift = 0,
510         .rating = 500,
511
512         .set_mode = xen_vcpuop_set_mode,
513         .set_next_event = xen_vcpuop_set_next_event,
514 };
515
516 static const struct clock_event_device *xen_clockevent =
517         &xen_timerop_clockevent;
518 static DEFINE_PER_CPU(struct clock_event_device, xen_clock_events);
519
520 static irqreturn_t xen_timer_interrupt(int irq, void *dev_id)
521 {
522         struct clock_event_device *evt = &__get_cpu_var(xen_clock_events);
523         irqreturn_t ret;
524
525         ret = IRQ_NONE;
526         if (evt->event_handler) {
527                 evt->event_handler(evt);
528                 ret = IRQ_HANDLED;
529         }
530
531         do_stolen_accounting();
532
533         return ret;
534 }
535
536 void xen_setup_timer(int cpu)
537 {
538         const char *name;
539         struct clock_event_device *evt;
540         int irq;
541
542         printk(KERN_INFO "installing Xen timer for CPU %d\n", cpu);
543
544         name = kasprintf(GFP_KERNEL, "timer%d", cpu);
545         if (!name)
546                 name = "<timer kasprintf failed>";
547
548         irq = bind_virq_to_irqhandler(VIRQ_TIMER, cpu, xen_timer_interrupt,
549                                       IRQF_DISABLED|IRQF_PERCPU|IRQF_NOBALANCING,
550                                       name, NULL);
551
552         evt = &per_cpu(xen_clock_events, cpu);
553         memcpy(evt, xen_clockevent, sizeof(*evt));
554
555         evt->cpumask = cpumask_of_cpu(cpu);
556         evt->irq = irq;
557
558         setup_runstate_info(cpu);
559 }
560
561 void xen_setup_cpu_clockevents(void)
562 {
563         BUG_ON(preemptible());
564
565         clockevents_register_device(&__get_cpu_var(xen_clock_events));
566 }
567
568 void xen_timer_resume(void)
569 {
570         int cpu;
571
572         if (xen_clockevent != &xen_vcpuop_clockevent)
573                 return;
574
575         for_each_online_cpu(cpu) {
576                 if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL))
577                         BUG();
578         }
579 }
580
581 __init void xen_time_init(void)
582 {
583         int cpu = smp_processor_id();
584
585         get_time_values_from_xen();
586
587         clocksource_register(&xen_clocksource);
588
589         if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL) == 0) {
590                 /* Successfully turned off 100Hz tick, so we have the
591                    vcpuop-based timer interface */
592                 printk(KERN_DEBUG "Xen: using vcpuop timer interface\n");
593                 xen_clockevent = &xen_vcpuop_clockevent;
594         }
595
596         /* Set initial system time with full resolution */
597         xen_read_wallclock(&xtime);
598         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,
599                                 -xtime.tv_sec, -xtime.tv_nsec);
600
601         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
602
603         xen_setup_timer(cpu);
604         xen_setup_cpu_clockevents();
605 }