65d75a6be0ba586eeaf22faffd466b1ec109eb5d
[linux-2.6.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/pvclock.h>
18 #include <asm/xen/hypervisor.h>
19 #include <asm/xen/hypercall.h>
20
21 #include <xen/events.h>
22 #include <xen/interface/xen.h>
23 #include <xen/interface/vcpu.h>
24
25 #include "xen-ops.h"
26
27 #define XEN_SHIFT 22
28
29 /* Xen may fire a timer up to this many ns early */
30 #define TIMER_SLOP      100000
31 #define NS_PER_TICK     (1000000000LL / HZ)
32
33 /* runstate info updated by Xen */
34 static DEFINE_PER_CPU(struct vcpu_runstate_info, runstate);
35
36 /* snapshots of runstate info */
37 static DEFINE_PER_CPU(struct vcpu_runstate_info, runstate_snapshot);
38
39 /* unused ns of stolen and blocked time */
40 static DEFINE_PER_CPU(u64, residual_stolen);
41 static DEFINE_PER_CPU(u64, residual_blocked);
42
43 /* return an consistent snapshot of 64-bit time/counter value */
44 static u64 get64(const u64 *p)
45 {
46         u64 ret;
47
48         if (BITS_PER_LONG < 64) {
49                 u32 *p32 = (u32 *)p;
50                 u32 h, l;
51
52                 /*
53                  * Read high then low, and then make sure high is
54                  * still the same; this will only loop if low wraps
55                  * and carries into high.
56                  * XXX some clean way to make this endian-proof?
57                  */
58                 do {
59                         h = p32[1];
60                         barrier();
61                         l = p32[0];
62                         barrier();
63                 } while (p32[1] != h);
64
65                 ret = (((u64)h) << 32) | l;
66         } else
67                 ret = *p;
68
69         return ret;
70 }
71
72 /*
73  * Runstate accounting
74  */
75 static void get_runstate_snapshot(struct vcpu_runstate_info *res)
76 {
77         u64 state_time;
78         struct vcpu_runstate_info *state;
79
80         BUG_ON(preemptible());
81
82         state = &__get_cpu_var(runstate);
83
84         /*
85          * The runstate info is always updated by the hypervisor on
86          * the current CPU, so there's no need to use anything
87          * stronger than a compiler barrier when fetching it.
88          */
89         do {
90                 state_time = get64(&state->state_entry_time);
91                 barrier();
92                 *res = *state;
93                 barrier();
94         } while (get64(&state->state_entry_time) != state_time);
95 }
96
97 /* return true when a vcpu could run but has no real cpu to run on */
98 bool xen_vcpu_stolen(int vcpu)
99 {
100         return per_cpu(runstate, vcpu).state == RUNSTATE_runnable;
101 }
102
103 static void setup_runstate_info(int cpu)
104 {
105         struct vcpu_register_runstate_memory_area area;
106
107         area.addr.v = &per_cpu(runstate, cpu);
108
109         if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_register_runstate_memory_area,
110                                cpu, &area))
111                 BUG();
112 }
113
114 static void do_stolen_accounting(void)
115 {
116         struct vcpu_runstate_info state;
117         struct vcpu_runstate_info *snap;
118         s64 blocked, runnable, offline, stolen;
119         cputime_t ticks;
120
121         get_runstate_snapshot(&state);
122
123         WARN_ON(state.state != RUNSTATE_running);
124
125         snap = &__get_cpu_var(runstate_snapshot);
126
127         /* work out how much time the VCPU has not been runn*ing*  */
128         blocked = state.time[RUNSTATE_blocked] - snap->time[RUNSTATE_blocked];
129         runnable = state.time[RUNSTATE_runnable] - snap->time[RUNSTATE_runnable];
130         offline = state.time[RUNSTATE_offline] - snap->time[RUNSTATE_offline];
131
132         *snap = state;
133
134         /* Add the appropriate number of ticks of stolen time,
135            including any left-overs from last time.  Passing NULL to
136            account_steal_time accounts the time as stolen. */
137         stolen = runnable + offline + __get_cpu_var(residual_stolen);
138
139         if (stolen < 0)
140                 stolen = 0;
141
142         ticks = iter_div_u64_rem(stolen, NS_PER_TICK, &stolen);
143         __get_cpu_var(residual_stolen) = stolen;
144         account_steal_time(NULL, ticks);
145
146         /* Add the appropriate number of ticks of blocked time,
147            including any left-overs from last time.  Passing idle to
148            account_steal_time accounts the time as idle/wait. */
149         blocked += __get_cpu_var(residual_blocked);
150
151         if (blocked < 0)
152                 blocked = 0;
153
154         ticks = iter_div_u64_rem(blocked, NS_PER_TICK, &blocked);
155         __get_cpu_var(residual_blocked) = blocked;
156         account_steal_time(idle_task(smp_processor_id()), ticks);
157 }
158
159 /*
160  * Xen sched_clock implementation.  Returns the number of unstolen
161  * nanoseconds, which is nanoseconds the VCPU spent in RUNNING+BLOCKED
162  * states.
163  */
164 unsigned long long xen_sched_clock(void)
165 {
166         struct vcpu_runstate_info state;
167         cycle_t now;
168         u64 ret;
169         s64 offset;
170
171         /*
172          * Ideally sched_clock should be called on a per-cpu basis
173          * anyway, so preempt should already be disabled, but that's
174          * not current practice at the moment.
175          */
176         preempt_disable();
177
178         now = xen_clocksource_read();
179
180         get_runstate_snapshot(&state);
181
182         WARN_ON(state.state != RUNSTATE_running);
183
184         offset = now - state.state_entry_time;
185         if (offset < 0)
186                 offset = 0;
187
188         ret = state.time[RUNSTATE_blocked] +
189                 state.time[RUNSTATE_running] +
190                 offset;
191
192         preempt_enable();
193
194         return ret;
195 }
196
197
198 /* Get the TSC speed from Xen */
199 unsigned long xen_tsc_khz(void)
200 {
201         struct pvclock_vcpu_time_info *info =
202                 &HYPERVISOR_shared_info->vcpu_info[0].time;
203
204         return pvclock_tsc_khz(info);
205 }
206
207 cycle_t xen_clocksource_read(void)
208 {
209         struct pvclock_vcpu_time_info *src;
210         cycle_t ret;
211
212         src = &get_cpu_var(xen_vcpu)->time;
213         ret = pvclock_clocksource_read(src);
214         put_cpu_var(xen_vcpu);
215         return ret;
216 }
217
218 static void xen_read_wallclock(struct timespec *ts)
219 {
220         struct shared_info *s = HYPERVISOR_shared_info;
221         struct pvclock_wall_clock *wall_clock = &(s->wc);
222         struct pvclock_vcpu_time_info *vcpu_time;
223
224         vcpu_time = &get_cpu_var(xen_vcpu)->time;
225         pvclock_read_wallclock(wall_clock, vcpu_time, ts);
226         put_cpu_var(xen_vcpu);
227 }
228
229 unsigned long xen_get_wallclock(void)
230 {
231         struct timespec ts;
232
233         xen_read_wallclock(&ts);
234         return ts.tv_sec;
235 }
236
237 int xen_set_wallclock(unsigned long now)
238 {
239         /* do nothing for domU */
240         return -1;
241 }
242
243 static struct clocksource xen_clocksource __read_mostly = {
244         .name = "xen",
245         .rating = 400,
246         .read = xen_clocksource_read,
247         .mask = ~0,
248         .mult = 1<<XEN_SHIFT,           /* time directly in nanoseconds */
249         .shift = XEN_SHIFT,
250         .flags = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS,
251 };
252
253 /*
254    Xen clockevent implementation
255
256    Xen has two clockevent implementations:
257
258    The old timer_op one works with all released versions of Xen prior
259    to version 3.0.4.  This version of the hypervisor provides a
260    single-shot timer with nanosecond resolution.  However, sharing the
261    same event channel is a 100Hz tick which is delivered while the
262    vcpu is running.  We don't care about or use this tick, but it will
263    cause the core time code to think the timer fired too soon, and
264    will end up resetting it each time.  It could be filtered, but
265    doing so has complications when the ktime clocksource is not yet
266    the xen clocksource (ie, at boot time).
267
268    The new vcpu_op-based timer interface allows the tick timer period
269    to be changed or turned off.  The tick timer is not useful as a
270    periodic timer because events are only delivered to running vcpus.
271    The one-shot timer can report when a timeout is in the past, so
272    set_next_event is capable of returning -ETIME when appropriate.
273    This interface is used when available.
274 */
275
276
277 /*
278   Get a hypervisor absolute time.  In theory we could maintain an
279   offset between the kernel's time and the hypervisor's time, and
280   apply that to a kernel's absolute timeout.  Unfortunately the
281   hypervisor and kernel times can drift even if the kernel is using
282   the Xen clocksource, because ntp can warp the kernel's clocksource.
283 */
284 static s64 get_abs_timeout(unsigned long delta)
285 {
286         return xen_clocksource_read() + delta;
287 }
288
289 static void xen_timerop_set_mode(enum clock_event_mode mode,
290                                  struct clock_event_device *evt)
291 {
292         switch (mode) {
293         case CLOCK_EVT_MODE_PERIODIC:
294                 /* unsupported */
295                 WARN_ON(1);
296                 break;
297
298         case CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT:
299         case CLOCK_EVT_MODE_RESUME:
300                 break;
301
302         case CLOCK_EVT_MODE_UNUSED:
303         case CLOCK_EVT_MODE_SHUTDOWN:
304                 HYPERVISOR_set_timer_op(0);  /* cancel timeout */
305                 break;
306         }
307 }
308
309 static int xen_timerop_set_next_event(unsigned long delta,
310                                       struct clock_event_device *evt)
311 {
312         WARN_ON(evt->mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT);
313
314         if (HYPERVISOR_set_timer_op(get_abs_timeout(delta)) < 0)
315                 BUG();
316
317         /* We may have missed the deadline, but there's no real way of
318            knowing for sure.  If the event was in the past, then we'll
319            get an immediate interrupt. */
320
321         return 0;
322 }
323
324 static const struct clock_event_device xen_timerop_clockevent = {
325         .name = "xen",
326         .features = CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT,
327
328         .max_delta_ns = 0xffffffff,
329         .min_delta_ns = TIMER_SLOP,
330
331         .mult = 1,
332         .shift = 0,
333         .rating = 500,
334
335         .set_mode = xen_timerop_set_mode,
336         .set_next_event = xen_timerop_set_next_event,
337 };
338
339
340
341 static void xen_vcpuop_set_mode(enum clock_event_mode mode,
342                                 struct clock_event_device *evt)
343 {
344         int cpu = smp_processor_id();
345
346         switch (mode) {
347         case CLOCK_EVT_MODE_PERIODIC:
348                 WARN_ON(1);     /* unsupported */
349                 break;
350
351         case CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT:
352                 if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL))
353                         BUG();
354                 break;
355
356         case CLOCK_EVT_MODE_UNUSED:
357         case CLOCK_EVT_MODE_SHUTDOWN:
358                 if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_singleshot_timer, cpu, NULL) ||
359                     HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL))
360                         BUG();
361                 break;
362         case CLOCK_EVT_MODE_RESUME:
363                 break;
364         }
365 }
366
367 static int xen_vcpuop_set_next_event(unsigned long delta,
368                                      struct clock_event_device *evt)
369 {
370         int cpu = smp_processor_id();
371         struct vcpu_set_singleshot_timer single;
372         int ret;
373
374         WARN_ON(evt->mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT);
375
376         single.timeout_abs_ns = get_abs_timeout(delta);
377         single.flags = VCPU_SSHOTTMR_future;
378
379         ret = HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_set_singleshot_timer, cpu, &single);
380
381         BUG_ON(ret != 0 && ret != -ETIME);
382
383         return ret;
384 }
385
386 static const struct clock_event_device xen_vcpuop_clockevent = {
387         .name = "xen",
388         .features = CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT,
389
390         .max_delta_ns = 0xffffffff,
391         .min_delta_ns = TIMER_SLOP,
392
393         .mult = 1,
394         .shift = 0,
395         .rating = 500,
396
397         .set_mode = xen_vcpuop_set_mode,
398         .set_next_event = xen_vcpuop_set_next_event,
399 };
400
401 static const struct clock_event_device *xen_clockevent =
402         &xen_timerop_clockevent;
403 static DEFINE_PER_CPU(struct clock_event_device, xen_clock_events);
404
405 static irqreturn_t xen_timer_interrupt(int irq, void *dev_id)
406 {
407         struct clock_event_device *evt = &__get_cpu_var(xen_clock_events);
408         irqreturn_t ret;
409
410         ret = IRQ_NONE;
411         if (evt->event_handler) {
412                 evt->event_handler(evt);
413                 ret = IRQ_HANDLED;
414         }
415
416         do_stolen_accounting();
417
418         return ret;
419 }
420
421 void xen_setup_timer(int cpu)
422 {
423         const char *name;
424         struct clock_event_device *evt;
425         int irq;
426
427         printk(KERN_INFO "installing Xen timer for CPU %d\n", cpu);
428
429         name = kasprintf(GFP_KERNEL, "timer%d", cpu);
430         if (!name)
431                 name = "<timer kasprintf failed>";
432
433         irq = bind_virq_to_irqhandler(VIRQ_TIMER, cpu, xen_timer_interrupt,
434                                       IRQF_DISABLED|IRQF_PERCPU|IRQF_NOBALANCING,
435                                       name, NULL);
436
437         evt = &per_cpu(xen_clock_events, cpu);
438         memcpy(evt, xen_clockevent, sizeof(*evt));
439
440         evt->cpumask = cpumask_of(cpu);
441         evt->irq = irq;
442
443         setup_runstate_info(cpu);
444 }
445
446 void xen_teardown_timer(int cpu)
447 {
448         struct clock_event_device *evt;
449         BUG_ON(cpu == 0);
450         evt = &per_cpu(xen_clock_events, cpu);
451         unbind_from_irqhandler(evt->irq, NULL);
452 }
453
454 void xen_setup_cpu_clockevents(void)
455 {
456         BUG_ON(preemptible());
457
458         clockevents_register_device(&__get_cpu_var(xen_clock_events));
459 }
460
461 void xen_timer_resume(void)
462 {
463         int cpu;
464
465         if (xen_clockevent != &xen_vcpuop_clockevent)
466                 return;
467
468         for_each_online_cpu(cpu) {
469                 if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL))
470                         BUG();
471         }
472 }
473
474 __init void xen_time_init(void)
475 {
476         int cpu = smp_processor_id();
477
478         clocksource_register(&xen_clocksource);
479
480         if (HYPERVISOR_vcpu_op(VCPUOP_stop_periodic_timer, cpu, NULL) == 0) {
481                 /* Successfully turned off 100Hz tick, so we have the
482                    vcpuop-based timer interface */
483                 printk(KERN_DEBUG "Xen: using vcpuop timer interface\n");
484                 xen_clockevent = &xen_vcpuop_clockevent;
485         }
486
487         /* Set initial system time with full resolution */
488         xen_read_wallclock(&xtime);
489         set_normalized_timespec(&wall_to_monotonic,
490                                 -xtime.tv_sec, -xtime.tv_nsec);
491
492         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_TSC);
493
494         xen_setup_timer(cpu);
495         xen_setup_cpu_clockevents();
496 }