Merge from vendor branch LESS:
[dragonfly.git] / sys / kern / usched_bsd4.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1999 Peter Wemm <peter@FreeBSD.org>
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/usched_bsd4.c,v 1.22 2007/04/30 07:18:54 dillon Exp $
27  */
28
29 #include <sys/param.h>
30 #include <sys/systm.h>
31 #include <sys/kernel.h>
32 #include <sys/lock.h>
33 #include <sys/queue.h>
34 #include <sys/proc.h>
35 #include <sys/rtprio.h>
36 #include <sys/uio.h>
37 #include <sys/sysctl.h>
38 #include <sys/resourcevar.h>
39 #include <sys/spinlock.h>
40 #include <machine/cpu.h>
41 #include <machine/smp.h>
42
43 #include <sys/thread2.h>
44 #include <sys/spinlock2.h>
45
46 /*
47  * Priorities.  Note that with 32 run queues per scheduler each queue
48  * represents four priority levels.
49  */
50
51 #define MAXPRI                  128
52 #define PRIMASK                 (MAXPRI - 1)
53 #define PRIBASE_REALTIME        0
54 #define PRIBASE_NORMAL          MAXPRI
55 #define PRIBASE_IDLE            (MAXPRI * 2)
56 #define PRIBASE_THREAD          (MAXPRI * 3)
57 #define PRIBASE_NULL            (MAXPRI * 4)
58
59 #define NQS     32                      /* 32 run queues. */
60 #define PPQ     (MAXPRI / NQS)          /* priorities per queue */
61 #define PPQMASK (PPQ - 1)
62
63 /*
64  * NICEPPQ      - number of nice units per priority queue
65  * ESTCPURAMP   - number of scheduler ticks for estcpu to switch queues
66  *
67  * ESTCPUPPQ    - number of estcpu units per priority queue
68  * ESTCPUMAX    - number of estcpu units
69  * ESTCPUINCR   - amount we have to increment p_estcpu per scheduling tick at
70  *                100% cpu.
71  */
72 #define NICEPPQ         2
73 #define ESTCPURAMP      4
74 #define ESTCPUPPQ       512
75 #define ESTCPUMAX       (ESTCPUPPQ * NQS)
76 #define ESTCPUINCR      (ESTCPUPPQ / ESTCPURAMP)
77 #define PRIO_RANGE      (PRIO_MAX - PRIO_MIN + 1)
78
79 #define ESTCPULIM(v)    min((v), ESTCPUMAX)
80
81 TAILQ_HEAD(rq, lwp);
82
83 #define lwp_priority    lwp_usdata.bsd4.priority
84 #define lwp_rqindex     lwp_usdata.bsd4.rqindex
85 #define lwp_origcpu     lwp_usdata.bsd4.origcpu
86 #define lwp_estcpu      lwp_usdata.bsd4.estcpu
87 #define lwp_rqtype      lwp_usdata.bsd4.rqtype
88
89 static void bsd4_acquire_curproc(struct lwp *lp);
90 static void bsd4_release_curproc(struct lwp *lp);
91 static void bsd4_select_curproc(globaldata_t gd);
92 static void bsd4_setrunqueue(struct lwp *lp);
93 static void bsd4_schedulerclock(struct lwp *lp, sysclock_t period,
94                                 sysclock_t cpstamp);
95 static void bsd4_recalculate_estcpu(struct lwp *lp);
96 static void bsd4_resetpriority(struct lwp *lp);
97 static void bsd4_forking(struct lwp *plp, struct lwp *lp);
98 static void bsd4_exiting(struct lwp *plp, struct lwp *lp);
99
100 #ifdef SMP
101 static void need_user_resched_remote(void *dummy);
102 #endif
103 static struct lwp *chooseproc_locked(struct lwp *chklp);
104 static void bsd4_remrunqueue_locked(struct lwp *lp);
105 static void bsd4_setrunqueue_locked(struct lwp *lp);
106
107 struct usched usched_bsd4 = {
108         { NULL },
109         "bsd4", "Original DragonFly Scheduler",
110         NULL,                   /* default registration */
111         NULL,                   /* default deregistration */
112         bsd4_acquire_curproc,
113         bsd4_release_curproc,
114         bsd4_setrunqueue,
115         bsd4_schedulerclock,
116         bsd4_recalculate_estcpu,
117         bsd4_resetpriority,
118         bsd4_forking,
119         bsd4_exiting,
120         NULL                    /* setcpumask not supported */
121 };
122
123 struct usched_bsd4_pcpu {
124         struct thread helper_thread;
125         short   rrcount;
126         short   upri;
127         struct lwp *uschedcp;
128 };
129
130 typedef struct usched_bsd4_pcpu *bsd4_pcpu_t;
131
132 /*
133  * We have NQS (32) run queues per scheduling class.  For the normal
134  * class, there are 128 priorities scaled onto these 32 queues.  New
135  * processes are added to the last entry in each queue, and processes
136  * are selected for running by taking them from the head and maintaining
137  * a simple FIFO arrangement.  Realtime and Idle priority processes have
138  * and explicit 0-31 priority which maps directly onto their class queue
139  * index.  When a queue has something in it, the corresponding bit is
140  * set in the queuebits variable, allowing a single read to determine
141  * the state of all 32 queues and then a ffs() to find the first busy
142  * queue.
143  */
144 static struct rq bsd4_queues[NQS];
145 static struct rq bsd4_rtqueues[NQS];
146 static struct rq bsd4_idqueues[NQS];
147 static u_int32_t bsd4_queuebits;
148 static u_int32_t bsd4_rtqueuebits;
149 static u_int32_t bsd4_idqueuebits;
150 static cpumask_t bsd4_curprocmask = -1; /* currently running a user process */
151 static cpumask_t bsd4_rdyprocmask;      /* ready to accept a user process */
152 static int       bsd4_runqcount;
153 #ifdef SMP
154 static volatile int bsd4_scancpu;
155 #endif
156 static struct spinlock bsd4_spin;
157 static struct usched_bsd4_pcpu bsd4_pcpu[MAXCPU];
158
159 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, bsd4_runqcount, CTLFLAG_RD, &bsd4_runqcount, 0, "");
160 #ifdef INVARIANTS
161 static int usched_nonoptimal;
162 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, usched_nonoptimal, CTLFLAG_RW,
163         &usched_nonoptimal, 0, "acquire_curproc() was not optimal");
164 static int usched_optimal;
165 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, usched_optimal, CTLFLAG_RW,
166         &usched_optimal, 0, "acquire_curproc() was optimal");
167 #endif
168 static int usched_debug = -1;
169 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, scdebug, CTLFLAG_RW, &usched_debug, 0, "");
170 #ifdef SMP
171 static int remote_resched_nonaffinity;
172 static int remote_resched_affinity;
173 static int choose_affinity;
174 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, remote_resched_nonaffinity, CTLFLAG_RD,
175         &remote_resched_nonaffinity, 0, "Number of remote rescheds");
176 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, remote_resched_affinity, CTLFLAG_RD,
177         &remote_resched_affinity, 0, "Number of remote rescheds");
178 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, choose_affinity, CTLFLAG_RD,
179         &choose_affinity, 0, "chooseproc() was smart");
180 #endif
181
182 static int usched_bsd4_rrinterval = (ESTCPUFREQ + 9) / 10;
183 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, usched_bsd4_rrinterval, CTLFLAG_RW,
184         &usched_bsd4_rrinterval, 0, "");
185 static int usched_bsd4_decay = ESTCPUINCR / 2;
186 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, usched_bsd4_decay, CTLFLAG_RW,
187         &usched_bsd4_decay, 0, "");
188
189 /*
190  * Initialize the run queues at boot time.
191  */
192 static void
193 rqinit(void *dummy)
194 {
195         int i;
196
197         spin_init(&bsd4_spin);
198         for (i = 0; i < NQS; i++) {
199                 TAILQ_INIT(&bsd4_queues[i]);
200                 TAILQ_INIT(&bsd4_rtqueues[i]);
201                 TAILQ_INIT(&bsd4_idqueues[i]);
202         }
203         atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, 1);
204 }
205 SYSINIT(runqueue, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_FIRST, rqinit, NULL)
206
207 /*
208  * BSD4_ACQUIRE_CURPROC
209  *
210  * This function is called when the kernel intends to return to userland.
211  * It is responsible for making the thread the current designated userland
212  * thread for this cpu, blocking if necessary.
213  *
214  * We are expected to handle userland reschedule requests here too.
215  *
216  * WARNING! THIS FUNCTION IS ALLOWED TO CAUSE THE CURRENT THREAD TO MIGRATE
217  * TO ANOTHER CPU!  Because most of the kernel assumes that no migration will
218  * occur, this function is called only under very controlled circumstances.
219  *
220  * Basically we recalculate our estcpu to hopefully give us a more
221  * favorable disposition, setrunqueue, then wait for the curlwp
222  * designation to be handed to us (if the setrunqueue didn't do it).
223  *
224  * MPSAFE
225  */
226 static void
227 bsd4_acquire_curproc(struct lwp *lp)
228 {
229         globaldata_t gd = mycpu;
230         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
231
232         /*
233          * Possibly select another thread, or keep the current thread.
234          */
235         if (user_resched_wanted())
236                 bsd4_select_curproc(gd);
237
238         /*
239          * If uschedcp is still pointing to us, we're done
240          */
241         if (dd->uschedcp == lp)
242                 return;
243
244         /*
245          * If this cpu has no current thread, and the run queue is
246          * empty, we can safely select ourself.
247          */
248         if (dd->uschedcp == NULL && bsd4_runqcount == 0) {
249                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
250                 dd->uschedcp = lp;
251                 dd->upri = lp->lwp_priority;
252                 return;
253         }
254
255         /*
256          * Adjust estcpu and recalculate our priority, then put us back on
257          * the user process scheduler's runq.  Only increment the involuntary
258          * context switch count if the setrunqueue call did not immediately
259          * schedule us.
260          *
261          * Loop until we become the currently scheduled process.  Note that
262          * calling setrunqueue can cause us to be migrated to another cpu
263          * after we switch away.
264          */
265         do {
266                 crit_enter();
267                 bsd4_recalculate_estcpu(lp);
268                 lwkt_deschedule_self(gd->gd_curthread);
269                 bsd4_setrunqueue(lp);
270                 if ((gd->gd_curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0)
271                         ++lp->lwp_ru.ru_nivcsw;
272                 lwkt_switch();
273                 crit_exit();
274                 gd = mycpu;
275                 dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
276         } while (dd->uschedcp != lp);
277         KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
278 }
279
280 /*
281  * BSD4_RELEASE_CURPROC
282  *
283  * This routine detaches the current thread from the userland scheduler,
284  * usually because the thread needs to run in the kernel (at kernel priority)
285  * for a while.
286  *
287  * This routine is also responsible for selecting a new thread to
288  * make the current thread.
289  *
290  * NOTE: This implementation differs from the dummy example in that
291  * bsd4_select_curproc() is able to select the current process, whereas
292  * dummy_select_curproc() is not able to select the current process.
293  * This means we have to NULL out uschedcp.
294  *
295  * Additionally, note that we may already be on a run queue if releasing
296  * via the lwkt_switch() in bsd4_setrunqueue().
297  *
298  * WARNING!  The MP lock may be in an unsynchronized state due to the
299  * way get_mplock() works and the fact that this function may be called
300  * from a passive release during a lwkt_switch().   try_mplock() will deal 
301  * with this for us but you should be aware that td_mpcount may not be
302  * useable.
303  *
304  * MPSAFE
305  */
306 static void
307 bsd4_release_curproc(struct lwp *lp)
308 {
309         globaldata_t gd = mycpu;
310         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
311
312         if (dd->uschedcp == lp) {
313                 /*
314                  * Note: we leave ou curprocmask bit set to prevent
315                  * unnecessary scheduler helper wakeups.  
316                  * bsd4_select_curproc() will clean it up.
317                  */
318                 KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
319                 dd->uschedcp = NULL;    /* don't let lp be selected */
320                 bsd4_select_curproc(gd);
321         }
322 }
323
324 /*
325  * BSD4_SELECT_CURPROC
326  *
327  * Select a new current process for this cpu.  This satisfies a user
328  * scheduler reschedule request so clear that too.
329  *
330  * This routine is also responsible for equal-priority round-robining,
331  * typically triggered from bsd4_schedulerclock().  In our dummy example
332  * all the 'user' threads are LWKT scheduled all at once and we just
333  * call lwkt_switch().
334  *
335  * MPSAFE
336  */
337 static
338 void
339 bsd4_select_curproc(globaldata_t gd)
340 {
341         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
342         struct lwp *nlp;
343         int cpuid = gd->gd_cpuid;
344
345         crit_enter_gd(gd);
346         clear_user_resched();   /* This satisfied the reschedule request */
347         dd->rrcount = 0;        /* Reset the round-robin counter */
348
349         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
350         if ((nlp = chooseproc_locked(dd->uschedcp)) != NULL) {
351                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, 1 << cpuid);
352                 dd->upri = nlp->lwp_priority;
353                 dd->uschedcp = nlp;
354                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
355 #ifdef SMP
356                 lwkt_acquire(nlp->lwp_thread);
357 #endif
358                 lwkt_schedule(nlp->lwp_thread);
359         } else if (dd->uschedcp) {
360                 dd->upri = dd->uschedcp->lwp_priority;
361                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
362                 KKASSERT(bsd4_curprocmask & (1 << cpuid));
363         } else if (bsd4_runqcount && (bsd4_rdyprocmask & (1 << cpuid))) {
364                 atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, 1 << cpuid);
365                 atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << cpuid);
366                 dd->uschedcp = NULL;
367                 dd->upri = PRIBASE_NULL;
368                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
369                 lwkt_schedule(&dd->helper_thread);
370         } else {
371                 dd->uschedcp = NULL;
372                 dd->upri = PRIBASE_NULL;
373                 atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, 1 << cpuid);
374                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
375         }
376         crit_exit_gd(gd);
377 }
378
379 /*
380  * BSD4_SETRUNQUEUE
381  *
382  * This routine is called to schedule a new user process after a fork.
383  *
384  * The caller may set P_PASSIVE_ACQ in p_flag to indicate that we should
385  * attempt to leave the thread on the current cpu.
386  *
387  * If P_PASSIVE_ACQ is set setrunqueue() will not wakeup potential target
388  * cpus in an attempt to keep the process on the current cpu at least for
389  * a little while to take advantage of locality of reference (e.g. fork/exec
390  * or short fork/exit, and uio_yield()).
391  *
392  * CPU AFFINITY: cpu affinity is handled by attempting to either schedule
393  * or (user level) preempt on the same cpu that a process was previously
394  * scheduled to.  If we cannot do this but we are at enough of a higher
395  * priority then the processes running on other cpus, we will allow the
396  * process to be stolen by another cpu.
397  *
398  * WARNING!  This routine cannot block.  bsd4_acquire_curproc() does 
399  * a deschedule/switch interlock and we can be moved to another cpu
400  * the moment we are switched out.  Our LWKT run state is the only
401  * thing preventing the transfer.
402  *
403  * The associated thread must NOT currently be scheduled (but can be the
404  * current process after it has been LWKT descheduled).  It must NOT be on
405  * a bsd4 scheduler queue either.  The purpose of this routine is to put
406  * it on a scheduler queue or make it the current user process and LWKT
407  * schedule it.  It is possible that the thread is in the middle of a LWKT
408  * switchout on another cpu, lwkt_acquire() deals with that case.
409  *
410  * The process must be runnable.
411  *
412  * MPSAFE
413  */
414 static void
415 bsd4_setrunqueue(struct lwp *lp)
416 {
417         globaldata_t gd;
418         bsd4_pcpu_t dd;
419         int cpuid;
420 #ifdef SMP
421         cpumask_t mask;
422         cpumask_t tmpmask;
423 #endif
424
425         /*
426          * First validate the process state relative to the current cpu.
427          * We don't need the spinlock for this, just a critical section.
428          * We are in control of the process.
429          */
430         crit_enter();
431         KASSERT(lp->lwp_stat == LSRUN, ("setrunqueue: lwp not LSRUN"));
432         KASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0,
433             ("lwp %d/%d already on runq! flag %08x/%08x", lp->lwp_proc->p_pid,
434              lp->lwp_tid, lp->lwp_proc->p_flag, lp->lwp_flag));
435         KKASSERT((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
436
437         /*
438          * Note: gd and dd are relative to the target thread's last cpu,
439          * NOT our current cpu.
440          */
441         gd = lp->lwp_thread->td_gd;
442         dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
443
444         /*
445          * This process is not supposed to be scheduled anywhere or assigned
446          * as the current process anywhere.  Assert the condition.
447          */
448         KKASSERT(dd->uschedcp != lp);
449
450         /*
451          * Check local cpu affinity.  The associated thread is stable at 
452          * the moment.  Note that we may be checking another cpu here so we
453          * have to be careful.  We can only assign uschedcp on OUR cpu.
454          *
455          * This allows us to avoid actually queueing the process.  
456          * acquire_curproc() will handle any threads we mistakenly schedule.
457          */
458         cpuid = gd->gd_cpuid;
459         if (gd == mycpu && (bsd4_curprocmask & (1 << cpuid)) == 0) {
460                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, 1 << cpuid);
461                 dd->uschedcp = lp;
462                 dd->upri = lp->lwp_priority;
463                 lwkt_schedule(lp->lwp_thread);
464                 crit_exit();
465                 return;
466         }
467
468         /*
469          * gd and cpuid may still 'hint' at another cpu.  Even so we have
470          * to place this process on the userland scheduler's run queue for
471          * action by the target cpu.
472          */
473 #ifdef SMP
474         /*
475          * XXX fixme.  Could be part of a remrunqueue/setrunqueue
476          * operation when the priority is recalculated, so TDF_MIGRATING
477          * may already be set.
478          */
479         if ((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0)
480                 lwkt_giveaway(lp->lwp_thread);
481 #endif
482
483         /*
484          * We lose control of lp the moment we release the spinlock after
485          * having placed lp on the queue.  i.e. another cpu could pick it
486          * up and it could exit, or its priority could be further adjusted,
487          * or something like that.
488          */
489         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
490         bsd4_setrunqueue_locked(lp);
491
492         /*
493          * gd, dd, and cpuid are still our target cpu 'hint', not our current
494          * cpu info.
495          *
496          * We always try to schedule a LWP to its original cpu first.  It
497          * is possible for the scheduler helper or setrunqueue to assign
498          * the LWP to a different cpu before the one we asked for wakes
499          * up.
500          *
501          * If the LWP has higher priority (lower lwp_priority value) on
502          * its target cpu, reschedule on that cpu.
503          */
504         if ((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_NORESCHED) == 0) {
505                 if ((dd->upri & ~PRIMASK) > (lp->lwp_priority & ~PRIMASK)) {
506                         dd->upri = lp->lwp_priority;
507                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
508 #ifdef SMP
509                         if (gd == mycpu) {
510                                 need_user_resched();
511                         } else {
512                                 lwkt_send_ipiq(gd, need_user_resched_remote,
513                                                NULL);
514                         }
515 #else
516                         need_user_resched();
517 #endif
518                         crit_exit();
519                         return;
520                 }
521         }
522         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
523
524 #ifdef SMP
525         /*
526          * Otherwise the LWP has a lower priority or we were asked not
527          * to reschedule.  Look for an idle cpu whos scheduler helper
528          * is ready to accept more work.
529          *
530          * Look for an idle cpu starting at our rotator (bsd4_scancpu).
531          *
532          * If no cpus are ready to accept work, just return.
533          *
534          * XXX P_PASSIVE_ACQ
535          */
536         mask = ~bsd4_curprocmask & bsd4_rdyprocmask & mycpu->gd_other_cpus &
537             lp->lwp_cpumask;
538         if (mask) {
539                 cpuid = bsd4_scancpu;
540                 if (++cpuid == ncpus)
541                         cpuid = 0;
542                 tmpmask = ~((1 << cpuid) - 1);
543                 if (mask & tmpmask)
544                         cpuid = bsfl(mask & tmpmask);
545                 else
546                         cpuid = bsfl(mask);
547                 atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << cpuid);
548                 bsd4_scancpu = cpuid;
549                 lwkt_schedule(&bsd4_pcpu[cpuid].helper_thread);
550         }
551 #endif
552         crit_exit();
553 }
554
555 /*
556  * This routine is called from a systimer IPI.  It MUST be MP-safe and
557  * the BGL IS NOT HELD ON ENTRY.  This routine is called at ESTCPUFREQ on
558  * each cpu.
559  *
560  * Because this is effectively a 'fast' interrupt, we cannot safely
561  * use spinlocks unless gd_spinlock_rd is NULL and gd_spinlocks_wr is 0,
562  * even if the spinlocks are 'non conflicting'.  This is due to the way
563  * spinlock conflicts against cached read locks are handled.
564  *
565  * MPSAFE
566  */
567 static
568 void
569 bsd4_schedulerclock(struct lwp *lp, sysclock_t period, sysclock_t cpstamp)
570 {
571         globaldata_t gd = mycpu;
572         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
573
574         /*
575          * Do we need to round-robin?  We round-robin 10 times a second.
576          * This should only occur for cpu-bound batch processes.
577          */
578         if (++dd->rrcount >= usched_bsd4_rrinterval) {
579                 dd->rrcount = 0;
580                 need_user_resched();
581         }
582
583         /*
584          * As the process accumulates cpu time p_estcpu is bumped and may
585          * push the process into another scheduling queue.  It typically
586          * takes 4 ticks to bump the queue.
587          */
588         lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(lp->lwp_estcpu + ESTCPUINCR);
589
590         /*
591          * Reducing p_origcpu over time causes more of our estcpu to be
592          * returned to the parent when we exit.  This is a small tweak
593          * for the batch detection heuristic.
594          */
595         if (lp->lwp_origcpu)
596                 --lp->lwp_origcpu;
597
598         /*
599          * We can only safely call bsd4_resetpriority(), which uses spinlocks,
600          * if we aren't interrupting a thread that is using spinlocks.
601          * Otherwise we can deadlock with another cpu waiting for our read
602          * spinlocks to clear.
603          */
604         if (gd->gd_spinlock_rd == NULL && gd->gd_spinlocks_wr == 0)
605                 bsd4_resetpriority(lp);
606         else
607                 need_user_resched();
608 }
609
610 /*
611  * Called from acquire and from kern_synch's one-second timer (one of the
612  * callout helper threads) with a critical section held. 
613  *
614  * Decay p_estcpu based on the number of ticks we haven't been running
615  * and our p_nice.  As the load increases each process observes a larger
616  * number of idle ticks (because other processes are running in them).
617  * This observation leads to a larger correction which tends to make the
618  * system more 'batchy'.
619  *
620  * Note that no recalculation occurs for a process which sleeps and wakes
621  * up in the same tick.  That is, a system doing thousands of context
622  * switches per second will still only do serious estcpu calculations
623  * ESTCPUFREQ times per second.
624  *
625  * MPSAFE
626  */
627 static
628 void 
629 bsd4_recalculate_estcpu(struct lwp *lp)
630 {
631         globaldata_t gd = mycpu;
632         sysclock_t cpbase;
633         int loadfac;
634         int ndecay;
635         int nticks;
636         int nleft;
637
638         /*
639          * We have to subtract periodic to get the last schedclock
640          * timeout time, otherwise we would get the upcoming timeout.
641          * Keep in mind that a process can migrate between cpus and
642          * while the scheduler clock should be very close, boundary
643          * conditions could lead to a small negative delta.
644          */
645         cpbase = gd->gd_schedclock.time - gd->gd_schedclock.periodic;
646
647         if (lp->lwp_slptime > 1) {
648                 /*
649                  * Too much time has passed, do a coarse correction.
650                  */
651                 lp->lwp_estcpu = lp->lwp_estcpu >> 1;
652                 bsd4_resetpriority(lp);
653                 lp->lwp_cpbase = cpbase;
654                 lp->lwp_cpticks = 0;
655         } else if (lp->lwp_cpbase != cpbase) {
656                 /*
657                  * Adjust estcpu if we are in a different tick.  Don't waste
658                  * time if we are in the same tick. 
659                  * 
660                  * First calculate the number of ticks in the measurement
661                  * interval.  The nticks calculation can wind up 0 due to
662                  * a bug in the handling of lwp_slptime  (as yet not found),
663                  * so make sure we do not get a divide by 0 panic.
664                  */
665                 nticks = (cpbase - lp->lwp_cpbase) / gd->gd_schedclock.periodic;
666                 if (nticks <= 0)
667                         nticks = 1;
668                 updatepcpu(lp, lp->lwp_cpticks, nticks);
669
670                 if ((nleft = nticks - lp->lwp_cpticks) < 0)
671                         nleft = 0;
672                 if (usched_debug == lp->lwp_proc->p_pid) {
673                         kprintf("pid %d tid %d estcpu %d cpticks %d nticks %d nleft %d",
674                                 lp->lwp_proc->p_pid, lp->lwp_tid, lp->lwp_estcpu,
675                                 lp->lwp_cpticks, nticks, nleft);
676                 }
677
678                 /*
679                  * Calculate a decay value based on ticks remaining scaled
680                  * down by the instantanious load and p_nice.
681                  */
682                 if ((loadfac = bsd4_runqcount) < 2)
683                         loadfac = 2;
684                 ndecay = nleft * usched_bsd4_decay * 2 * 
685                         (PRIO_MAX * 2 - lp->lwp_proc->p_nice) / (loadfac * PRIO_MAX * 2);
686
687                 /*
688                  * Adjust p_estcpu.  Handle a border case where batch jobs
689                  * can get stalled long enough to decay to zero when they
690                  * shouldn't.
691                  */
692                 if (lp->lwp_estcpu > ndecay * 2)
693                         lp->lwp_estcpu -= ndecay;
694                 else
695                         lp->lwp_estcpu >>= 1;
696
697                 if (usched_debug == lp->lwp_proc->p_pid)
698                         kprintf(" ndecay %d estcpu %d\n", ndecay, lp->lwp_estcpu);
699                 bsd4_resetpriority(lp);
700                 lp->lwp_cpbase = cpbase;
701                 lp->lwp_cpticks = 0;
702         }
703 }
704
705 /*
706  * Compute the priority of a process when running in user mode.
707  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
708  * than that of the current process.
709  *
710  * This routine may be called with any process.
711  *
712  * This routine is called by fork1() for initial setup with the process
713  * of the run queue, and also may be called normally with the process on or
714  * off the run queue.
715  *
716  * MPSAFE
717  */
718 static void
719 bsd4_resetpriority(struct lwp *lp)
720 {
721         bsd4_pcpu_t dd;
722         int newpriority;
723         u_short newrqtype;
724         int reschedcpu;
725
726         /*
727          * Calculate the new priority and queue type
728          */
729         crit_enter();
730         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
731
732         newrqtype = lp->lwp_rtprio.type;
733
734         switch(newrqtype) {
735         case RTP_PRIO_REALTIME:
736         case RTP_PRIO_FIFO:
737                 newpriority = PRIBASE_REALTIME +
738                              (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
739                 break;
740         case RTP_PRIO_NORMAL:
741                 newpriority = (lp->lwp_proc->p_nice - PRIO_MIN) * PPQ / NICEPPQ;
742                 newpriority += lp->lwp_estcpu * PPQ / ESTCPUPPQ;
743                 newpriority = newpriority * MAXPRI / (PRIO_RANGE * PPQ /
744                               NICEPPQ + ESTCPUMAX * PPQ / ESTCPUPPQ);
745                 newpriority = PRIBASE_NORMAL + (newpriority & PRIMASK);
746                 break;
747         case RTP_PRIO_IDLE:
748                 newpriority = PRIBASE_IDLE + (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
749                 break;
750         case RTP_PRIO_THREAD:
751                 newpriority = PRIBASE_THREAD + (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
752                 break;
753         default:
754                 panic("Bad RTP_PRIO %d", newrqtype);
755                 /* NOT REACHED */
756         }
757
758         /*
759          * The newpriority incorporates the queue type so do a simple masked
760          * check to determine if the process has moved to another queue.  If
761          * it has, and it is currently on a run queue, then move it.
762          */
763         if ((lp->lwp_priority ^ newpriority) & ~PPQMASK) {
764                 lp->lwp_priority = newpriority;
765                 if (lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) {
766                         bsd4_remrunqueue_locked(lp);
767                         lp->lwp_rqtype = newrqtype;
768                         lp->lwp_rqindex = (newpriority & PRIMASK) / PPQ;
769                         bsd4_setrunqueue_locked(lp);
770                         reschedcpu = lp->lwp_thread->td_gd->gd_cpuid;
771                 } else {
772                         lp->lwp_rqtype = newrqtype;
773                         lp->lwp_rqindex = (newpriority & PRIMASK) / PPQ;
774                         reschedcpu = -1;
775                 }
776         } else {
777                 lp->lwp_priority = newpriority;
778                 reschedcpu = -1;
779         }
780         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
781
782         /*
783          * Determine if we need to reschedule the target cpu.  This only
784          * occurs if the LWP is already on a scheduler queue, which means
785          * that idle cpu notification has already occured.  At most we
786          * need only issue a need_user_resched() on the appropriate cpu.
787          */
788         if (reschedcpu >= 0) {
789                 dd = &bsd4_pcpu[reschedcpu];
790                 KKASSERT(dd->uschedcp != lp);
791                 if ((dd->upri & ~PRIMASK) > (lp->lwp_priority & ~PRIMASK)) {
792                         dd->upri = lp->lwp_priority;
793 #ifdef SMP
794                         if (reschedcpu == mycpu->gd_cpuid) {
795                                 need_user_resched();
796                         } else {
797                                 lwkt_send_ipiq(lp->lwp_thread->td_gd,
798                                                need_user_resched_remote, NULL);
799                         }
800 #else
801                         need_user_resched();
802 #endif
803                 }
804         }
805         crit_exit();
806 }
807
808 /*
809  * Called from fork1() when a new child process is being created.
810  *
811  * Give the child process an initial estcpu that is more batch then
812  * its parent and dock the parent for the fork (but do not
813  * reschedule the parent).   This comprises the main part of our batch
814  * detection heuristic for both parallel forking and sequential execs.
815  *
816  * Interactive processes will decay the boosted estcpu quickly while batch
817  * processes will tend to compound it.
818  * XXX lwp should be "spawning" instead of "forking"
819  *
820  * MPSAFE
821  */
822 static void
823 bsd4_forking(struct lwp *plp, struct lwp *lp)
824 {
825         lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + ESTCPUPPQ);
826         lp->lwp_origcpu = lp->lwp_estcpu;
827         plp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + ESTCPUPPQ);
828 }
829
830 /*
831  * Called when the parent reaps a child.   Propogate cpu use by the child
832  * back to the parent.
833  *
834  * MPSAFE
835  */
836 static void
837 bsd4_exiting(struct lwp *plp, struct lwp *lp)
838 {
839         int delta;
840
841         if (plp->lwp_proc->p_pid != 1) {
842                 delta = lp->lwp_estcpu - lp->lwp_origcpu;
843                 if (delta > 0)
844                         plp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + delta);
845         }
846 }
847
848
849 /*
850  * chooseproc() is called when a cpu needs a user process to LWKT schedule,
851  * it selects a user process and returns it.  If chklp is non-NULL and chklp
852  * has a better or equal priority then the process that would otherwise be
853  * chosen, NULL is returned.
854  *
855  * Until we fix the RUNQ code the chklp test has to be strict or we may
856  * bounce between processes trying to acquire the current process designation.
857  *
858  * MPSAFE - must be called with bsd4_spin exclusive held.  The spinlock is
859  *          left intact through the entire routine.
860  */
861 static
862 struct lwp *
863 chooseproc_locked(struct lwp *chklp)
864 {
865         struct lwp *lp;
866         struct rq *q;
867         u_int32_t *which, *which2;
868         u_int32_t pri;
869         u_int32_t rtqbits;
870         u_int32_t tsqbits;
871         u_int32_t idqbits;
872         cpumask_t cpumask;
873
874         rtqbits = bsd4_rtqueuebits;
875         tsqbits = bsd4_queuebits;
876         idqbits = bsd4_idqueuebits;
877         cpumask = mycpu->gd_cpumask;
878
879 #ifdef SMP
880 again:
881 #endif
882         if (rtqbits) {
883                 pri = bsfl(rtqbits);
884                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
885                 which = &bsd4_rtqueuebits;
886                 which2 = &rtqbits;
887         } else if (tsqbits) {
888                 pri = bsfl(tsqbits);
889                 q = &bsd4_queues[pri];
890                 which = &bsd4_queuebits;
891                 which2 = &tsqbits;
892         } else if (idqbits) {
893                 pri = bsfl(idqbits);
894                 q = &bsd4_idqueues[pri];
895                 which = &bsd4_idqueuebits;
896                 which2 = &idqbits;
897         } else {
898                 return NULL;
899         }
900         lp = TAILQ_FIRST(q);
901         KASSERT(lp, ("chooseproc: no lwp on busy queue"));
902
903 #ifdef SMP
904         while ((lp->lwp_cpumask & cpumask) == 0) {
905                 lp = TAILQ_NEXT(lp, lwp_procq);
906                 if (lp == NULL) {
907                         *which2 &= ~(1 << pri);
908                         goto again;
909                 }
910         }
911 #endif
912
913         /*
914          * If the passed lwp <chklp> is reasonably close to the selected
915          * lwp <lp>, return NULL (indicating that <chklp> should be kept).
916          * 
917          * Note that we must error on the side of <chklp> to avoid bouncing
918          * between threads in the acquire code.
919          */
920         if (chklp) {
921                 if (chklp->lwp_priority < lp->lwp_priority + PPQ)
922                         return(NULL);
923         }
924
925 #ifdef SMP
926         /*
927          * If the chosen lwp does not reside on this cpu spend a few
928          * cycles looking for a better candidate at the same priority level.
929          * This is a fallback check, setrunqueue() tries to wakeup the
930          * correct cpu and is our front-line affinity.
931          */
932         if (lp->lwp_thread->td_gd != mycpu &&
933             (chklp = TAILQ_NEXT(lp, lwp_procq)) != NULL
934         ) {
935                 if (chklp->lwp_thread->td_gd == mycpu) {
936                         ++choose_affinity;
937                         lp = chklp;
938                 }
939         }
940 #endif
941
942         TAILQ_REMOVE(q, lp, lwp_procq);
943         --bsd4_runqcount;
944         if (TAILQ_EMPTY(q))
945                 *which &= ~(1 << pri);
946         KASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) != 0, ("not on runq6!"));
947         lp->lwp_flag &= ~LWP_ONRUNQ;
948         return lp;
949 }
950
951 #ifdef SMP
952 /*
953  * Called via an ipi message to reschedule on another cpu.
954  *
955  * MPSAFE
956  */
957 static
958 void
959 need_user_resched_remote(void *dummy)
960 {
961         need_user_resched();
962 }
963
964 #endif
965
966
967 /*
968  * bsd4_remrunqueue_locked() removes a given process from the run queue
969  * that it is on, clearing the queue busy bit if it becomes empty.
970  *
971  * Note that user process scheduler is different from the LWKT schedule.
972  * The user process scheduler only manages user processes but it uses LWKT
973  * underneath, and a user process operating in the kernel will often be
974  * 'released' from our management.
975  *
976  * MPSAFE - bsd4_spin must be held exclusively on call
977  */
978 static void
979 bsd4_remrunqueue_locked(struct lwp *lp)
980 {
981         struct rq *q;
982         u_int32_t *which;
983         u_int8_t pri;
984
985         KKASSERT(lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ);
986         lp->lwp_flag &= ~LWP_ONRUNQ;
987         --bsd4_runqcount;
988         KKASSERT(bsd4_runqcount >= 0);
989
990         pri = lp->lwp_rqindex;
991         switch(lp->lwp_rqtype) {
992         case RTP_PRIO_NORMAL:
993                 q = &bsd4_queues[pri];
994                 which = &bsd4_queuebits;
995                 break;
996         case RTP_PRIO_REALTIME:
997         case RTP_PRIO_FIFO:
998                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
999                 which = &bsd4_rtqueuebits;
1000                 break;
1001         case RTP_PRIO_IDLE:
1002                 q = &bsd4_idqueues[pri];
1003                 which = &bsd4_idqueuebits;
1004                 break;
1005         default:
1006                 panic("remrunqueue: invalid rtprio type");
1007                 /* NOT REACHED */
1008         }
1009         TAILQ_REMOVE(q, lp, lwp_procq);
1010         if (TAILQ_EMPTY(q)) {
1011                 KASSERT((*which & (1 << pri)) != 0,
1012                         ("remrunqueue: remove from empty queue"));
1013                 *which &= ~(1 << pri);
1014         }
1015 }
1016
1017 /*
1018  * bsd4_setrunqueue_locked()
1019  *
1020  * Add a process whos rqtype and rqindex had previously been calculated
1021  * onto the appropriate run queue.   Determine if the addition requires
1022  * a reschedule on a cpu and return the cpuid or -1.
1023  *
1024  * NOTE: Lower priorities are better priorities.
1025  *
1026  * MPSAFE - bsd4_spin must be held exclusively on call
1027  */
1028 static void
1029 bsd4_setrunqueue_locked(struct lwp *lp)
1030 {
1031         struct rq *q;
1032         u_int32_t *which;
1033         int pri;
1034
1035         KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1036         lp->lwp_flag |= LWP_ONRUNQ;
1037         ++bsd4_runqcount;
1038
1039         pri = lp->lwp_rqindex;
1040
1041         switch(lp->lwp_rqtype) {
1042         case RTP_PRIO_NORMAL:
1043                 q = &bsd4_queues[pri];
1044                 which = &bsd4_queuebits;
1045                 break;
1046         case RTP_PRIO_REALTIME:
1047         case RTP_PRIO_FIFO:
1048                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
1049                 which = &bsd4_rtqueuebits;
1050                 break;
1051         case RTP_PRIO_IDLE:
1052                 q = &bsd4_idqueues[pri];
1053                 which = &bsd4_idqueuebits;
1054                 break;
1055         default:
1056                 panic("remrunqueue: invalid rtprio type");
1057                 /* NOT REACHED */
1058         }
1059
1060         /*
1061          * Add to the correct queue and set the appropriate bit.  If no
1062          * lower priority (i.e. better) processes are in the queue then
1063          * we want a reschedule, calculate the best cpu for the job.
1064          *
1065          * Always run reschedules on the LWPs original cpu.
1066          */
1067         TAILQ_INSERT_TAIL(q, lp, lwp_procq);
1068         *which |= 1 << pri;
1069 }
1070
1071 #ifdef SMP
1072
1073 /*
1074  * For SMP systems a user scheduler helper thread is created for each
1075  * cpu and is used to allow one cpu to wakeup another for the purposes of
1076  * scheduling userland threads from setrunqueue().  UP systems do not
1077  * need the helper since there is only one cpu.  We can't use the idle
1078  * thread for this because we need to hold the MP lock.  Additionally,
1079  * doing things this way allows us to HLT idle cpus on MP systems.
1080  *
1081  * MPSAFE
1082  */
1083 static void
1084 sched_thread(void *dummy)
1085 {
1086     globaldata_t gd;
1087     bsd4_pcpu_t  dd;
1088     struct lwp *nlp;
1089     cpumask_t cpumask;
1090     cpumask_t tmpmask;
1091     int cpuid;
1092     int tmpid;
1093
1094     gd = mycpu;
1095     cpuid = gd->gd_cpuid;       /* doesn't change */
1096     cpumask = 1 << cpuid;       /* doesn't change */
1097     dd = &bsd4_pcpu[cpuid];
1098
1099     /*
1100      * The scheduler thread does not need to hold the MP lock.  Since we
1101      * are woken up only when no user processes are scheduled on a cpu, we
1102      * can run at an ultra low priority.
1103      */
1104     rel_mplock();
1105     lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_SCHEDULER);
1106
1107     for (;;) {
1108         /*
1109          * We use the LWKT deschedule-interlock trick to avoid racing
1110          * bsd4_rdyprocmask.  This means we cannot block through to the
1111          * manual lwkt_switch() call we make below.
1112          */
1113         crit_enter_gd(gd);
1114         lwkt_deschedule_self(gd->gd_curthread);
1115         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
1116         atomic_set_int(&bsd4_rdyprocmask, cpumask);
1117         if ((bsd4_curprocmask & cpumask) == 0) {
1118                 if ((nlp = chooseproc_locked(NULL)) != NULL) {
1119                         atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, cpumask);
1120                         dd->upri = nlp->lwp_priority;
1121                         dd->uschedcp = nlp;
1122                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1123                         lwkt_acquire(nlp->lwp_thread);
1124                         lwkt_schedule(nlp->lwp_thread);
1125                 } else {
1126                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1127                 }
1128         } else {
1129                 /*
1130                  * Someone scheduled us but raced.  In order to not lose
1131                  * track of the fact that there may be a LWP ready to go,
1132                  * forward the request to another cpu if available.
1133                  *
1134                  * Rotate through cpus starting with cpuid + 1.  Since cpuid
1135                  * is already masked out by gd_other_cpus, just use ~cpumask.
1136                  */
1137                 tmpmask = ~bsd4_curprocmask & bsd4_rdyprocmask &
1138                           mycpu->gd_other_cpus;
1139                 if (tmpmask) {
1140                         if (tmpmask & ~(cpumask - 1))
1141                                 tmpid = bsfl(tmpmask & ~(cpumask - 1));
1142                         else
1143                                 tmpid = bsfl(tmpmask);
1144                         bsd4_scancpu = tmpid;
1145                         atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << tmpid);
1146                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1147                         lwkt_schedule(&bsd4_pcpu[tmpid].helper_thread);
1148                 } else {
1149                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1150                 }
1151         }
1152         crit_exit_gd(gd);
1153         lwkt_switch();
1154     }
1155 }
1156
1157 /*
1158  * Setup our scheduler helpers.  Note that curprocmask bit 0 has already
1159  * been cleared by rqinit() and we should not mess with it further.
1160  */
1161 static void
1162 sched_thread_cpu_init(void)
1163 {
1164     int i;
1165
1166     if (bootverbose)
1167         kprintf("start scheduler helpers on cpus:");
1168
1169     for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
1170         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[i];
1171         cpumask_t mask = 1 << i;
1172
1173         if ((mask & smp_active_mask) == 0)
1174             continue;
1175
1176         if (bootverbose)
1177             kprintf(" %d", i);
1178
1179         lwkt_create(sched_thread, NULL, NULL, &dd->helper_thread, 
1180                     TDF_STOPREQ, i, "usched %d", i);
1181
1182         /*
1183          * Allow user scheduling on the target cpu.  cpu #0 has already
1184          * been enabled in rqinit().
1185          */
1186         if (i)
1187             atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, mask);
1188         atomic_set_int(&bsd4_rdyprocmask, mask);
1189     }
1190     if (bootverbose)
1191         kprintf("\n");
1192 }
1193 SYSINIT(uschedtd, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_SECOND,
1194         sched_thread_cpu_init, NULL)
1195
1196 #endif
1197