Do some major performance tuning of the userland scheduler.
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003 Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  *
26  * $DragonFly: src/sys/kern/lwkt_thread.c,v 1.57 2004/03/28 08:03:02 dillon Exp $
27  */
28
29 /*
30  * Each cpu in a system has its own self-contained light weight kernel
31  * thread scheduler, which means that generally speaking we only need
32  * to use a critical section to avoid problems.  Foreign thread 
33  * scheduling is queued via (async) IPIs.
34  */
35
36 #ifdef _KERNEL
37
38 #include <sys/param.h>
39 #include <sys/systm.h>
40 #include <sys/kernel.h>
41 #include <sys/proc.h>
42 #include <sys/rtprio.h>
43 #include <sys/queue.h>
44 #include <sys/thread2.h>
45 #include <sys/sysctl.h>
46 #include <sys/kthread.h>
47 #include <machine/cpu.h>
48 #include <sys/lock.h>
49 #include <sys/caps.h>
50
51 #include <vm/vm.h>
52 #include <vm/vm_param.h>
53 #include <vm/vm_kern.h>
54 #include <vm/vm_object.h>
55 #include <vm/vm_page.h>
56 #include <vm/vm_map.h>
57 #include <vm/vm_pager.h>
58 #include <vm/vm_extern.h>
59 #include <vm/vm_zone.h>
60
61 #include <machine/stdarg.h>
62 #include <machine/ipl.h>
63 #include <machine/smp.h>
64
65 #define THREAD_STACK    (UPAGES * PAGE_SIZE)
66
67 #else
68
69 #include <sys/stdint.h>
70 #include <libcaps/thread.h>
71 #include <sys/thread.h>
72 #include <sys/msgport.h>
73 #include <sys/errno.h>
74 #include <libcaps/globaldata.h>
75 #include <sys/thread2.h>
76 #include <sys/msgport2.h>
77 #include <stdio.h>
78 #include <stdlib.h>
79 #include <string.h>
80 #include <machine/cpufunc.h>
81 #include <machine/lock.h>
82
83 #endif
84
85 static int untimely_switch = 0;
86 #ifdef  INVARIANTS
87 static int panic_on_cscount = 0;
88 #endif
89 static __int64_t switch_count = 0;
90 static __int64_t preempt_hit = 0;
91 static __int64_t preempt_miss = 0;
92 static __int64_t preempt_weird = 0;
93
94 #ifdef _KERNEL
95
96 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, untimely_switch, CTLFLAG_RW, &untimely_switch, 0, "");
97 #ifdef  INVARIANTS
98 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0, "");
99 #endif
100 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0, "");
101 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, "");
102 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, "");
103 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0, "");
104
105 #endif
106
107 /*
108  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
109  * within a critical section.
110  *
111  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
112  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
113  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
114  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
115  */
116 static __inline
117 void
118 _lwkt_dequeue(thread_t td)
119 {
120     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
121         int nq = td->td_pri & TDPRI_MASK;
122         struct globaldata *gd = td->td_gd;
123
124         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
125         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], td, td_threadq);
126         /* runqmask is passively cleaned up by the switcher */
127     }
128 }
129
130 static __inline
131 void
132 _lwkt_enqueue(thread_t td)
133 {
134     if ((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0) {
135         int nq = td->td_pri & TDPRI_MASK;
136         struct globaldata *gd = td->td_gd;
137
138         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
139         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], td, td_threadq);
140         gd->gd_runqmask |= 1 << nq;
141     }
142 }
143
144 static __inline
145 int
146 _lwkt_wantresched(thread_t ntd, thread_t cur)
147 {
148     return((ntd->td_pri & TDPRI_MASK) > (cur->td_pri & TDPRI_MASK));
149 }
150
151 #ifdef _KERNEL
152
153 /*
154  * LWKTs operate on a per-cpu basis
155  *
156  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
157  */
158 void
159 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
160 {
161     int i;
162
163     for (i = 0; i < sizeof(gd->gd_tdrunq)/sizeof(gd->gd_tdrunq[0]); ++i)
164         TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq[i]);
165     gd->gd_runqmask = 0;
166     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
167 }
168
169 #endif /* _KERNEL */
170
171 /*
172  * Initialize a thread wait structure prior to first use.
173  *
174  * NOTE!  called from low level boot code, we cannot do anything fancy!
175  */
176 void
177 lwkt_wait_init(lwkt_wait_t w)
178 {
179     lwkt_token_init(&w->wa_token);
180     TAILQ_INIT(&w->wa_waitq);
181     w->wa_gen = 0;
182     w->wa_count = 0;
183 }
184
185 /*
186  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
187  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
188  * -1 the thread will be created on the current cpu.
189  *
190  * If you intend to create a thread without a process context this function
191  * does everything except load the startup and switcher function.
192  */
193 thread_t
194 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int cpu)
195 {
196     void *stack;
197     int flags = 0;
198
199     if (td == NULL) {
200         crit_enter();
201         if (mycpu->gd_tdfreecount > 0) {
202             --mycpu->gd_tdfreecount;
203             td = TAILQ_FIRST(&mycpu->gd_tdfreeq);
204             KASSERT(td != NULL && (td->td_flags & TDF_RUNNING) == 0,
205                 ("lwkt_alloc_thread: unexpected NULL or corrupted td"));
206             TAILQ_REMOVE(&mycpu->gd_tdfreeq, td, td_threadq);
207             crit_exit();
208             stack = td->td_kstack;
209             flags = td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_STACK|TDF_ALLOCATED_THREAD);
210         } else {
211             crit_exit();
212 #ifdef _KERNEL
213             td = zalloc(thread_zone);
214 #else
215             td = malloc(sizeof(struct thread));
216 #endif
217             td->td_kstack = NULL;
218             flags |= TDF_ALLOCATED_THREAD;
219         }
220     }
221     if ((stack = td->td_kstack) == NULL) {
222 #ifdef _KERNEL
223         stack = (void *)kmem_alloc(kernel_map, THREAD_STACK);
224 #else
225         stack = libcaps_alloc_stack(THREAD_STACK);
226 #endif
227         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
228     }
229     if (cpu < 0)
230         lwkt_init_thread(td, stack, flags, mycpu);
231     else
232         lwkt_init_thread(td, stack, flags, globaldata_find(cpu));
233     return(td);
234 }
235
236 #ifdef _KERNEL
237
238 /*
239  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
240  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
241  *
242  * All threads start out in a critical section at a priority of
243  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
244  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
245  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
246  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
247  * cpu.
248  *
249  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
250  * if SMP has not yet been activated.
251  */
252 #ifdef SMP
253
254 static void
255 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
256 {
257     thread_t td = arg;
258
259     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
260 }
261
262 #endif
263
264 void
265 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int flags, struct globaldata *gd)
266 {
267     bzero(td, sizeof(struct thread));
268     td->td_kstack = stack;
269     td->td_flags |= flags;
270     td->td_gd = gd;
271     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON + TDPRI_CRIT;
272     lwkt_initport(&td->td_msgport, td);
273     pmap_init_thread(td);
274 #ifdef SMP
275     if (gd == mycpu) {
276         crit_enter();
277         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
278         crit_exit();
279     } else {
280         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
281     }
282 #else
283     crit_enter();
284     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
285     crit_exit();
286 #endif
287 }
288
289 #endif /* _KERNEL */
290
291 void
292 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
293 {
294     __va_list va;
295
296     __va_start(va, ctl);
297     vsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
298     __va_end(va);
299 }
300
301 void
302 lwkt_hold(thread_t td)
303 {
304     ++td->td_refs;
305 }
306
307 void
308 lwkt_rele(thread_t td)
309 {
310     KKASSERT(td->td_refs > 0);
311     --td->td_refs;
312 }
313
314 #ifdef _KERNEL
315
316 void
317 lwkt_wait_free(thread_t td)
318 {
319     while (td->td_refs)
320         tsleep(td, 0, "tdreap", hz);
321 }
322
323 #endif
324
325 void
326 lwkt_free_thread(thread_t td)
327 {
328     struct globaldata *gd = mycpu;
329
330     KASSERT((td->td_flags & TDF_RUNNING) == 0,
331         ("lwkt_free_thread: did not exit! %p", td));
332
333     crit_enter();
334     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
335     if (gd->gd_tdfreecount < CACHE_NTHREADS &&
336         (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
337     ) {
338         ++gd->gd_tdfreecount;
339         TAILQ_INSERT_HEAD(&gd->gd_tdfreeq, td, td_threadq);
340         crit_exit();
341     } else {
342         crit_exit();
343         if (td->td_kstack && (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK)) {
344 #ifdef _KERNEL
345             kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, THREAD_STACK);
346 #else
347             libcaps_free_stack(td->td_kstack, THREAD_STACK);
348 #endif
349             /* gd invalid */
350             td->td_kstack = NULL;
351         }
352         if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
353 #ifdef _KERNEL
354             zfree(thread_zone, td);
355 #else
356             free(td);
357 #endif
358         }
359     }
360 }
361
362
363 /*
364  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
365  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
366  * section to avoid races with the scheduling queue.
367  *
368  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
369  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
370  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
371  * the result is very, very fast thread switching.
372  *
373  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
374  * each priority level.  User process scheduling is a totally
375  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
376  * user process priorities.
377  *
378  * The MP lock may be out of sync with the thread's td_mpcount.  lwkt_switch()
379  * cleans it up.  Note that the td_switch() function cannot do anything that
380  * requires the MP lock since the MP lock will have already been setup for
381  * the target thread (not the current thread).  It's nice to have a scheduler
382  * that does not need the MP lock to work because it allows us to do some
383  * really cool high-performance MP lock optimizations.
384  */
385
386 void
387 lwkt_switch(void)
388 {
389     globaldata_t gd;
390     thread_t td = curthread;
391     thread_t ntd;
392 #ifdef SMP
393     int mpheld;
394 #endif
395
396     /*
397      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt is
398      * illegal.
399      */
400     if (mycpu->gd_intr_nesting_level && panicstr == NULL) {
401         panic("lwkt_switch: cannot switch from within a fast interrupt, yet\n");
402     }
403
404     /*
405      * Passive release (used to transition from user to kernel mode
406      * when we block or switch rather then when we enter the kernel).
407      * This function is NOT called if we are switching into a preemption
408      * or returning from a preemption.  Typically this causes us to lose
409      * our P_CURPROC designation (if we have one) and become a true LWKT
410      * thread, and may also hand P_CURPROC to another process and schedule
411      * its thread.
412      */
413     if (td->td_release)
414             td->td_release(td);
415
416     crit_enter();
417     ++switch_count;
418
419 #ifdef SMP
420     /*
421      * td_mpcount cannot be used to determine if we currently hold the
422      * MP lock because get_mplock() will increment it prior to attempting
423      * to get the lock, and switch out if it can't.  Our ownership of 
424      * the actual lock will remain stable while we are in a critical section
425      * (but, of course, another cpu may own or release the lock so the
426      * actual value of mp_lock is not stable).
427      */
428     mpheld = MP_LOCK_HELD();
429 #ifdef  INVARIANTS
430     if (td->td_cscount) {
431         printf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
432                 td);
433         if (panic_on_cscount)
434             panic("switching while mastering cpusync");
435     }
436 #endif
437 #endif
438     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
439         /*
440          * We had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
441          * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
442          * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
443          * itself). 
444          *
445          * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
446          * out the adjustment that was made to curthread when the original
447          * was preempted.
448          */
449         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
450 #ifdef SMP
451         if (ntd->td_mpcount && mpheld == 0) {
452             panic("MPLOCK NOT HELD ON RETURN: %p %p %d %d\n",
453                td, ntd, td->td_mpcount, ntd->td_mpcount);
454         }
455         if (ntd->td_mpcount) {
456             td->td_mpcount -= ntd->td_mpcount;
457             KKASSERT(td->td_mpcount >= 0);
458         }
459 #endif
460         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
461         /* YYY release mp lock on switchback if original doesn't need it */
462     } else {
463         /*
464          * Priority queue / round-robin at each priority.  Note that user
465          * processes run at a fixed, low priority and the user process
466          * scheduler deals with interactions between user processes
467          * by scheduling and descheduling them from the LWKT queue as
468          * necessary.
469          *
470          * We have to adjust the MP lock for the target thread.  If we 
471          * need the MP lock and cannot obtain it we try to locate a
472          * thread that does not need the MP lock.  If we cannot, we spin
473          * instead of HLT.
474          *
475          * A similar issue exists for the tokens held by the target thread.
476          * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
477          * schedule the thread.
478          */
479
480         /*
481          * We are switching threads.  If there are any pending requests for
482          * tokens we can satisfy all of them here.
483          */
484         gd = mycpu;
485 #ifdef SMP
486         if (gd->gd_tokreqbase)
487                 lwkt_drain_token_requests();
488 #endif
489
490 again:
491         if (gd->gd_runqmask) {
492             int nq = bsrl(gd->gd_runqmask);
493             if ((ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq[nq])) == NULL) {
494                 gd->gd_runqmask &= ~(1 << nq);
495                 goto again;
496             }
497 #ifdef SMP
498             /*
499              * If the target needs the MP lock and we couldn't get it,
500              * or if the target is holding tokens and we could not 
501              * gain ownership of the tokens, continue looking for a
502              * thread to schedule and spin instead of HLT if we can't.
503              */
504             if ((ntd->td_mpcount && mpheld == 0 && !cpu_try_mplock()) ||
505                 (ntd->td_toks && lwkt_chktokens(ntd) == 0)
506             ) {
507                 u_int32_t rqmask = gd->gd_runqmask;
508                 while (rqmask) {
509                     TAILQ_FOREACH(ntd, &gd->gd_tdrunq[nq], td_threadq) {
510                         if (ntd->td_mpcount && !mpheld && !cpu_try_mplock())
511                             continue;
512                         mpheld = MP_LOCK_HELD();
513                         if (ntd->td_toks && !lwkt_chktokens(ntd))
514                             continue;
515                         break;
516                     }
517                     if (ntd)
518                         break;
519                     rqmask &= ~(1 << nq);
520                     nq = bsrl(rqmask);
521                 }
522                 if (ntd == NULL) {
523                     ntd = &gd->gd_idlethread;
524                     ntd->td_flags |= TDF_IDLE_NOHLT;
525                 } else {
526                     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
527                     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
528                 }
529             } else {
530                 TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
531                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
532             }
533 #else
534             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
535             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
536 #endif
537         } else {
538             /*
539              * We have nothing to run but only let the idle loop halt
540              * the cpu if there are no pending interrupts.
541              */
542             ntd = &gd->gd_idlethread;
543             if (gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK)
544                 ntd->td_flags |= TDF_IDLE_NOHLT;
545         }
546     }
547     KASSERT(ntd->td_pri >= TDPRI_CRIT,
548         ("priority problem in lwkt_switch %d %d", td->td_pri, ntd->td_pri));
549
550     /*
551      * Do the actual switch.  If the new target does not need the MP lock
552      * and we are holding it, release the MP lock.  If the new target requires
553      * the MP lock we have already acquired it for the target.
554      */
555 #ifdef SMP
556     if (ntd->td_mpcount == 0 ) {
557         if (MP_LOCK_HELD())
558             cpu_rel_mplock();
559     } else {
560         ASSERT_MP_LOCK_HELD();
561     }
562 #endif
563     if (td != ntd) {
564         td->td_switch(ntd);
565     }
566
567     crit_exit();
568 }
569
570 /*
571  * Switch if another thread has a higher priority.  Do not switch to other
572  * threads at the same priority.
573  */
574 void
575 lwkt_maybe_switch()
576 {
577     struct globaldata *gd = mycpu;
578     struct thread *td = gd->gd_curthread;
579
580     if ((td->td_pri & TDPRI_MASK) < bsrl(gd->gd_runqmask)) {
581         lwkt_switch();
582     }
583 }
584
585 /*
586  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
587  * only works under a specific set of conditions:
588  *
589  *      - We are not preempting ourselves
590  *      - The target thread is owned by the current cpu
591  *      - We are not currently being preempted
592  *      - The target is not currently being preempted
593  *      - We are able to satisfy the target's MP lock requirements (if any).
594  *
595  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
596  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
597  * critpri is the managed critical priority that we should ignore in order
598  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
599  * priority of lwkt_schedule() itself).
600  *
601  * XXX at the moment we run the target thread in a critical section during
602  * the preemption in order to prevent the target from taking interrupts
603  * that *WE* can't.  Preemption is strictly limited to interrupt threads
604  * and interrupt-like threads, outside of a critical section, and the
605  * preempted source thread will be resumed the instant the target blocks
606  * whether or not the source is scheduled (i.e. preemption is supposed to
607  * be as transparent as possible).
608  *
609  * The target thread inherits our MP count (added to its own) for the
610  * duration of the preemption in order to preserve the atomicy of the
611  * MP lock during the preemption.  Therefore, any preempting targets must be
612  * careful in regards to MP assertions.  Note that the MP count may be
613  * out of sync with the physical mp_lock, but we do not have to preserve
614  * the original ownership of the lock if it was out of synch (that is, we
615  * can leave it synchronized on return).
616  */
617 void
618 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critpri)
619 {
620     struct globaldata *gd = mycpu;
621     thread_t td = gd->gd_curthread;
622 #ifdef SMP
623     int mpheld;
624     int savecnt;
625 #endif
626
627     /*
628      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
629      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
630      * a local interrupt), as determined by the 'critpri' parameter.   If
631      * we are unable to preempt 
632      *
633      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
634      * inherit our critical section?  I dunno yet).
635      *
636      * Any tokens held by the target may not be held by thread(s) being
637      * preempted.  We take the easy way out and do not preempt if
638      * the target is holding tokens.
639      */
640     KASSERT(ntd->td_pri >= TDPRI_CRIT, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
641
642     need_resched();
643     if (!_lwkt_wantresched(ntd, td)) {
644         ++preempt_miss;
645         return;
646     }
647     if ((td->td_pri & ~TDPRI_MASK) > critpri) {
648         ++preempt_miss;
649         return;
650     }
651 #ifdef SMP
652     if (ntd->td_gd != gd) {
653         ++preempt_miss;
654         return;
655     }
656 #endif
657     /*
658      * Take the easy way out and do not preempt if the target is holding
659      * one or more tokens.  We could test whether the thread(s) being
660      * preempted interlock against the target thread's tokens and whether
661      * we can get all the target thread's tokens, but this situation 
662      * should not occur very often so its easier to simply not preempt.
663      */
664     if (ntd->td_toks != NULL) {
665         ++preempt_miss;
666         return;
667     }
668     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
669         ++preempt_weird;
670         return;
671     }
672     if (ntd->td_preempted) {
673         ++preempt_hit;
674         return;
675     }
676 #ifdef SMP
677     /*
678      * note: an interrupt might have occured just as we were transitioning
679      * to or from the MP lock.  In this case td_mpcount will be pre-disposed
680      * (non-zero) but not actually synchronized with the actual state of the
681      * lock.  We can use it to imply an MP lock requirement for the
682      * preemption but we cannot use it to test whether we hold the MP lock
683      * or not.
684      */
685     savecnt = td->td_mpcount;
686     mpheld = MP_LOCK_HELD();
687     ntd->td_mpcount += td->td_mpcount;
688     if (mpheld == 0 && ntd->td_mpcount && !cpu_try_mplock()) {
689         ntd->td_mpcount -= td->td_mpcount;
690         ++preempt_miss;
691         return;
692     }
693 #endif
694
695     ++preempt_hit;
696     ntd->td_preempted = td;
697     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
698     td->td_switch(ntd);
699     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
700 #ifdef SMP
701     KKASSERT(savecnt == td->td_mpcount);
702     mpheld = MP_LOCK_HELD();
703     if (mpheld && td->td_mpcount == 0)
704         cpu_rel_mplock();
705     else if (mpheld == 0 && td->td_mpcount)
706         panic("lwkt_preempt(): MP lock was not held through");
707 #endif
708     ntd->td_preempted = NULL;
709     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
710 }
711
712 /*
713  * Yield our thread while higher priority threads are pending.  This is
714  * typically called when we leave a critical section but it can be safely
715  * called while we are in a critical section.
716  *
717  * This function will not generally yield to equal priority threads but it
718  * can occur as a side effect.  Note that lwkt_switch() is called from
719  * inside the critical section to prevent its own crit_exit() from reentering
720  * lwkt_yield_quick().
721  *
722  * gd_reqflags indicates that *something* changed, e.g. an interrupt or softint
723  * came along but was blocked and made pending.
724  *
725  * (self contained on a per cpu basis)
726  */
727 void
728 lwkt_yield_quick(void)
729 {
730     globaldata_t gd = mycpu;
731     thread_t td = gd->gd_curthread;
732
733     /*
734      * gd_reqflags is cleared in splz if the cpl is 0.  If we were to clear
735      * it with a non-zero cpl then we might not wind up calling splz after
736      * a task switch when the critical section is exited even though the
737      * new task could accept the interrupt.
738      *
739      * XXX from crit_exit() only called after last crit section is released.
740      * If called directly will run splz() even if in a critical section.
741      *
742      * td_nest_count prevent deep nesting via splz() or doreti().  Note that
743      * except for this special case, we MUST call splz() here to handle any
744      * pending ints, particularly after we switch, or we might accidently
745      * halt the cpu with interrupts pending.
746      */
747     if (gd->gd_reqflags && td->td_nest_count < 2)
748         splz();
749
750     /*
751      * YYY enabling will cause wakeup() to task-switch, which really
752      * confused the old 4.x code.  This is a good way to simulate
753      * preemption and MP without actually doing preemption or MP, because a
754      * lot of code assumes that wakeup() does not block.
755      */
756     if (untimely_switch && td->td_nest_count == 0 &&
757         gd->gd_intr_nesting_level == 0
758     ) {
759         crit_enter();
760         /*
761          * YYY temporary hacks until we disassociate the userland scheduler
762          * from the LWKT scheduler.
763          */
764         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
765             lwkt_switch();              /* will not reenter yield function */
766         } else {
767             lwkt_schedule_self();       /* make sure we are scheduled */
768             lwkt_switch();              /* will not reenter yield function */
769             lwkt_deschedule_self();     /* make sure we are descheduled */
770         }
771         crit_exit_noyield(td);
772     }
773 }
774
775 /*
776  * This implements a normal yield which, unlike _quick, will yield to equal
777  * priority threads as well.  Note that gd_reqflags tests will be handled by
778  * the crit_exit() call in lwkt_switch().
779  *
780  * (self contained on a per cpu basis)
781  */
782 void
783 lwkt_yield(void)
784 {
785     lwkt_schedule_self();
786     lwkt_switch();
787 }
788
789 /*
790  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
791  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
792  * function.
793  *
794  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
795  */
796 void
797 lwkt_schedule_self(void)
798 {
799     thread_t td = curthread;
800
801     crit_enter_quick(td);
802     KASSERT(td->td_wait == NULL, ("lwkt_schedule_self(): td_wait not NULL!"));
803     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread, ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
804     _lwkt_enqueue(td);
805 #ifdef _KERNEL
806     if (td->td_proc && td->td_proc->p_stat == SSLEEP)
807         panic("SCHED SELF PANIC");
808 #endif
809     crit_exit_quick(td);
810 }
811
812 /*
813  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
814  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
815  *
816  * YYY this is one of the best places to implement load balancing code.
817  * Load balancing can be accomplished by requesting other sorts of actions
818  * for the thread in question.
819  */
820 void
821 lwkt_schedule(thread_t td)
822 {
823 #ifdef  INVARIANTS
824     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread, ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
825     if ((td->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0 && td->td_proc 
826         && td->td_proc->p_stat == SSLEEP
827     ) {
828         printf("PANIC schedule curtd = %p (%d %d) target %p (%d %d)\n",
829             curthread,
830             curthread->td_proc ? curthread->td_proc->p_pid : -1,
831             curthread->td_proc ? curthread->td_proc->p_stat : -1,
832             td,
833             td->td_proc ? curthread->td_proc->p_pid : -1,
834             td->td_proc ? curthread->td_proc->p_stat : -1
835         );
836         panic("SCHED PANIC");
837     }
838 #endif
839     crit_enter();
840     if (td == curthread) {
841         _lwkt_enqueue(td);
842     } else {
843         lwkt_wait_t w;
844
845         /*
846          * If the thread is on a wait list we have to send our scheduling
847          * request to the owner of the wait structure.  Otherwise we send
848          * the scheduling request to the cpu owning the thread.  Races
849          * are ok, the target will forward the message as necessary (the
850          * message may chase the thread around before it finally gets
851          * acted upon).
852          *
853          * (remember, wait structures use stable storage)
854          */
855         if ((w = td->td_wait) != NULL) {
856             lwkt_tokref wref;
857
858             if (lwkt_trytoken(&wref, &w->wa_token)) {
859                 TAILQ_REMOVE(&w->wa_waitq, td, td_threadq);
860                 --w->wa_count;
861                 td->td_wait = NULL;
862 #ifdef SMP
863                 if (td->td_gd == mycpu) {
864                     _lwkt_enqueue(td);
865                     if (td->td_preemptable)
866                         td->td_preemptable(td, TDPRI_CRIT*2); /* YYY +token */
867                     else if (_lwkt_wantresched(td, curthread))
868                         need_resched();
869                 } else {
870                     lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
871                 }
872 #else
873                 _lwkt_enqueue(td);
874                 if (td->td_preemptable)
875                     td->td_preemptable(td, TDPRI_CRIT*2); /* YYY +token */
876                 else if (_lwkt_wantresched(td, curthread))
877                     need_resched();
878 #endif
879                 lwkt_reltoken(&wref);
880             } else {
881                 lwkt_send_ipiq(w->wa_token.t_cpu, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
882             }
883         } else {
884             /*
885              * If the wait structure is NULL and we own the thread, there
886              * is no race (since we are in a critical section).  If we
887              * do not own the thread there might be a race but the
888              * target cpu will deal with it.
889              */
890 #ifdef SMP
891             if (td->td_gd == mycpu) {
892                 _lwkt_enqueue(td);
893                 if (td->td_preemptable) {
894                     td->td_preemptable(td, TDPRI_CRIT);
895                 } else if (_lwkt_wantresched(td, curthread)) {
896                     need_resched();
897                 }
898             } else {
899                 lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
900             }
901 #else
902             _lwkt_enqueue(td);
903             if (td->td_preemptable) {
904                 td->td_preemptable(td, TDPRI_CRIT);
905             } else if (_lwkt_wantresched(td, curthread)) {
906                 need_resched();
907             }
908 #endif
909         }
910     }
911     crit_exit();
912 }
913
914 /*
915  * Managed acquisition.  This code assumes that the MP lock is held for
916  * the tdallq operation and that the thread has been descheduled from its
917  * original cpu.  We also have to wait for the thread to be entirely switched
918  * out on its original cpu (this is usually fast enough that we never loop)
919  * since the LWKT system does not have to hold the MP lock while switching
920  * and the target may have released it before switching.
921  */
922 void
923 lwkt_acquire(thread_t td)
924 {
925     struct globaldata *gd;
926
927     gd = td->td_gd;
928     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
929     while (td->td_flags & TDF_RUNNING)  /* XXX spin */
930         ;
931     if (gd != mycpu) {
932         crit_enter();
933         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);      /* protected by BGL */
934         gd = mycpu;
935         td->td_gd = gd;
936         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq); /* protected by BGL */
937         crit_exit();
938     }
939 }
940
941 /*
942  * Deschedule a thread.
943  *
944  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
945  */
946 void
947 lwkt_deschedule_self(void)
948 {
949     thread_t td = curthread;
950
951     crit_enter();
952     KASSERT(td->td_wait == NULL, ("lwkt_schedule_self(): td_wait not NULL!"));
953     _lwkt_dequeue(td);
954     crit_exit();
955 }
956
957 /*
958  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
959  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
960  * asynchronous.  
961  *
962  * This function may block if the cpu has run out of messages.
963  */
964 void
965 lwkt_deschedule(thread_t td)
966 {
967     crit_enter();
968     if (td == curthread) {
969         _lwkt_dequeue(td);
970     } else {
971         if (td->td_gd == mycpu) {
972             _lwkt_dequeue(td);
973         } else {
974             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_deschedule, td);
975         }
976     }
977     crit_exit();
978 }
979
980 /*
981  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
982  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
983  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
984  *
985  * We have to retain the critical section count which uses the high bits
986  * of the td_pri field.  The specified priority may also indicate zero or
987  * more critical sections by adding TDPRI_CRIT*N.
988  *
989  * Note that we requeue the thread whether it winds up on a different runq
990  * or not.  uio_yield() depends on this and the routine is not normally
991  * called with the same priority otherwise.
992  */
993 void
994 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
995 {
996     KKASSERT(pri >= 0);
997     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
998     crit_enter();
999     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1000         _lwkt_dequeue(td);
1001         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
1002         _lwkt_enqueue(td);
1003     } else {
1004         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
1005     }
1006     crit_exit();
1007 }
1008
1009 void
1010 lwkt_setpri_self(int pri)
1011 {
1012     thread_t td = curthread;
1013
1014     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1015     crit_enter();
1016     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1017         _lwkt_dequeue(td);
1018         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
1019         _lwkt_enqueue(td);
1020     } else {
1021         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
1022     }
1023     crit_exit();
1024 }
1025
1026 struct proc *
1027 lwkt_preempted_proc(void)
1028 {
1029     thread_t td = curthread;
1030     while (td->td_preempted)
1031         td = td->td_preempted;
1032     return(td->td_proc);
1033 }
1034
1035 /*
1036  * Block on the specified wait queue until signaled.  A generation number
1037  * must be supplied to interlock the wait queue.  The function will
1038  * return immediately if the generation number does not match the wait
1039  * structure's generation number.
1040  */
1041 void
1042 lwkt_block(lwkt_wait_t w, const char *wmesg, int *gen)
1043 {
1044     thread_t td = curthread;
1045     lwkt_tokref ilock;
1046
1047     lwkt_gettoken(&ilock, &w->wa_token);
1048     crit_enter();
1049     if (w->wa_gen == *gen) {
1050         _lwkt_dequeue(td);
1051         TAILQ_INSERT_TAIL(&w->wa_waitq, td, td_threadq);
1052         ++w->wa_count;
1053         td->td_wait = w;
1054         td->td_wmesg = wmesg;
1055     again:
1056         lwkt_switch();
1057         if (td->td_wmesg != NULL) {
1058             _lwkt_dequeue(td);
1059             goto again;
1060         }
1061     }
1062     crit_exit();
1063     *gen = w->wa_gen;
1064     lwkt_reltoken(&ilock);
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Signal a wait queue.  We gain ownership of the wait queue in order to
1069  * signal it.  Once a thread is removed from the wait queue we have to
1070  * deal with the cpu owning the thread.
1071  *
1072  * Note: alternatively we could message the target cpu owning the wait
1073  * queue.  YYY implement as sysctl.
1074  */
1075 void
1076 lwkt_signal(lwkt_wait_t w, int count)
1077 {
1078     thread_t td;
1079     lwkt_tokref ilock;
1080
1081     lwkt_gettoken(&ilock, &w->wa_token);
1082     ++w->wa_gen;
1083     crit_enter();
1084     if (count < 0)
1085         count = w->wa_count;
1086     while ((td = TAILQ_FIRST(&w->wa_waitq)) != NULL && count) {
1087         --count;
1088         --w->wa_count;
1089         TAILQ_REMOVE(&w->wa_waitq, td, td_threadq);
1090         td->td_wait = NULL;
1091         td->td_wmesg = NULL;
1092         if (td->td_gd == mycpu) {
1093             _lwkt_enqueue(td);
1094         } else {
1095             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
1096         }
1097     }
1098     crit_exit();
1099     lwkt_reltoken(&ilock);
1100 }
1101
1102 /*
1103  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1104  * with proc0 - ie: kernel only.
1105  *
1106  * NOTE!  By default new threads are created with the MP lock held.  A 
1107  * thread which does not require the MP lock should release it by calling
1108  * rel_mplock() at the start of the new thread.
1109  */
1110 int
1111 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg,
1112     struct thread **tdp, thread_t template, int tdflags, int cpu,
1113     const char *fmt, ...)
1114 {
1115     thread_t td;
1116     __va_list ap;
1117
1118     td = lwkt_alloc_thread(template, cpu);
1119     if (tdp)
1120         *tdp = td;
1121     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1122     td->td_flags |= TDF_VERBOSE | tdflags;
1123 #ifdef SMP
1124     td->td_mpcount = 1;
1125 #endif
1126
1127     /*
1128      * Set up arg0 for 'ps' etc
1129      */
1130     __va_start(ap, fmt);
1131     vsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1132     __va_end(ap);
1133
1134     /*
1135      * Schedule the thread to run
1136      */
1137     if ((td->td_flags & TDF_STOPREQ) == 0)
1138         lwkt_schedule(td);
1139     else
1140         td->td_flags &= ~TDF_STOPREQ;
1141     return 0;
1142 }
1143
1144 /*
1145  * kthread_* is specific to the kernel and is not needed by userland.
1146  */
1147 #ifdef _KERNEL
1148
1149 /*
1150  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1151  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1152  * uses a different reaping mechanism.
1153  */
1154 void
1155 lwkt_exit(void)
1156 {
1157     thread_t td = curthread;
1158
1159     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1160         printf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1161     caps_exit(td);
1162     crit_enter();
1163     lwkt_deschedule_self();
1164     ++mycpu->gd_tdfreecount;
1165     TAILQ_INSERT_TAIL(&mycpu->gd_tdfreeq, td, td_threadq);
1166     cpu_thread_exit();
1167 }
1168
1169 /*
1170  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1171  * with proc0 - ie: kernel only.  5.x compatible.
1172  *
1173  * NOTE!  By default kthreads are created with the MP lock held.  A
1174  * thread which does not require the MP lock should release it by calling
1175  * rel_mplock() at the start of the new thread.
1176  */
1177 int
1178 kthread_create(void (*func)(void *), void *arg,
1179     struct thread **tdp, const char *fmt, ...)
1180 {
1181     thread_t td;
1182     __va_list ap;
1183
1184     td = lwkt_alloc_thread(NULL, -1);
1185     if (tdp)
1186         *tdp = td;
1187     cpu_set_thread_handler(td, kthread_exit, func, arg);
1188     td->td_flags |= TDF_VERBOSE;
1189 #ifdef SMP
1190     td->td_mpcount = 1;
1191 #endif
1192
1193     /*
1194      * Set up arg0 for 'ps' etc
1195      */
1196     __va_start(ap, fmt);
1197     vsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1198     __va_end(ap);
1199
1200     /*
1201      * Schedule the thread to run
1202      */
1203     lwkt_schedule(td);
1204     return 0;
1205 }
1206
1207 /*
1208  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1209  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1210  * uses a different reaping mechanism.
1211  *
1212  * XXX duplicates lwkt_exit()
1213  */
1214 void
1215 kthread_exit(void)
1216 {
1217     lwkt_exit();
1218 }
1219
1220 #endif /* _KERNEL */
1221
1222 void
1223 crit_panic(void)
1224 {
1225     thread_t td = curthread;
1226     int lpri = td->td_pri;
1227
1228     td->td_pri = 0;
1229     panic("td_pri is/would-go negative! %p %d", td, lpri);
1230 }
1231