3b957628e11b3ef7c091181a632303399230e986
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2011 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  *
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  */
34
35 /*
36  * Each cpu in a system has its own self-contained light weight kernel
37  * thread scheduler, which means that generally speaking we only need
38  * to use a critical section to avoid problems.  Foreign thread 
39  * scheduling is queued via (async) IPIs.
40  */
41
42 #include <sys/param.h>
43 #include <sys/systm.h>
44 #include <sys/kernel.h>
45 #include <sys/proc.h>
46 #include <sys/rtprio.h>
47 #include <sys/kinfo.h>
48 #include <sys/queue.h>
49 #include <sys/sysctl.h>
50 #include <sys/kthread.h>
51 #include <machine/cpu.h>
52 #include <sys/lock.h>
53 #include <sys/caps.h>
54 #include <sys/spinlock.h>
55 #include <sys/ktr.h>
56
57 #include <sys/thread2.h>
58 #include <sys/spinlock2.h>
59 #include <sys/mplock2.h>
60
61 #include <sys/dsched.h>
62
63 #include <vm/vm.h>
64 #include <vm/vm_param.h>
65 #include <vm/vm_kern.h>
66 #include <vm/vm_object.h>
67 #include <vm/vm_page.h>
68 #include <vm/vm_map.h>
69 #include <vm/vm_pager.h>
70 #include <vm/vm_extern.h>
71
72 #include <machine/stdarg.h>
73 #include <machine/smp.h>
74
75 #if !defined(KTR_CTXSW)
76 #define KTR_CTXSW KTR_ALL
77 #endif
78 KTR_INFO_MASTER(ctxsw);
79 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, sw, 0, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
80 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, pre, 1, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
81 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, newtd, 2, "#threads[%p].name = %s", struct thread *td, char *comm);
82 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, deadtd, 3, "#threads[%p].name = <dead>", struct thread *td);
83
84 static MALLOC_DEFINE(M_THREAD, "thread", "lwkt threads");
85
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 static __int64_t token_contention_count[TDPRI_MAX+1] __debugvar;
94 static int lwkt_use_spin_port;
95 static struct objcache *thread_cache;
96
97 #ifdef SMP
98 static void lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
99 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
100 #endif
101
102 extern void cpu_heavy_restore(void);
103 extern void cpu_lwkt_restore(void);
104 extern void cpu_kthread_restore(void);
105 extern void cpu_idle_restore(void);
106
107 /*
108  * We can make all thread ports use the spin backend instead of the thread
109  * backend.  This should only be set to debug the spin backend.
110  */
111 TUNABLE_INT("lwkt.use_spin_port", &lwkt_use_spin_port);
112
113 #ifdef  INVARIANTS
114 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0,
115     "Panic if attempting to switch lwkt's while mastering cpusync");
116 #endif
117 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0,
118     "Number of switched threads");
119 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, 
120     "Successful preemption events");
121 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, 
122     "Failed preemption events");
123 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0,
124     "Number of preempted threads.");
125 #ifdef  INVARIANTS
126 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_00, CTLFLAG_RW,
127         &token_contention_count[0], 0, "spinning due to token contention");
128 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_01, CTLFLAG_RW,
129         &token_contention_count[1], 0, "spinning due to token contention");
130 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_02, CTLFLAG_RW,
131         &token_contention_count[2], 0, "spinning due to token contention");
132 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_03, CTLFLAG_RW,
133         &token_contention_count[3], 0, "spinning due to token contention");
134 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_04, CTLFLAG_RW,
135         &token_contention_count[4], 0, "spinning due to token contention");
136 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_05, CTLFLAG_RW,
137         &token_contention_count[5], 0, "spinning due to token contention");
138 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_06, CTLFLAG_RW,
139         &token_contention_count[6], 0, "spinning due to token contention");
140 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_07, CTLFLAG_RW,
141         &token_contention_count[7], 0, "spinning due to token contention");
142 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_08, CTLFLAG_RW,
143         &token_contention_count[8], 0, "spinning due to token contention");
144 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_09, CTLFLAG_RW,
145         &token_contention_count[9], 0, "spinning due to token contention");
146 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_10, CTLFLAG_RW,
147         &token_contention_count[10], 0, "spinning due to token contention");
148 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_11, CTLFLAG_RW,
149         &token_contention_count[11], 0, "spinning due to token contention");
150 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_12, CTLFLAG_RW,
151         &token_contention_count[12], 0, "spinning due to token contention");
152 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_13, CTLFLAG_RW,
153         &token_contention_count[13], 0, "spinning due to token contention");
154 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_14, CTLFLAG_RW,
155         &token_contention_count[14], 0, "spinning due to token contention");
156 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_15, CTLFLAG_RW,
157         &token_contention_count[15], 0, "spinning due to token contention");
158 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_16, CTLFLAG_RW,
159         &token_contention_count[16], 0, "spinning due to token contention");
160 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_17, CTLFLAG_RW,
161         &token_contention_count[17], 0, "spinning due to token contention");
162 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_18, CTLFLAG_RW,
163         &token_contention_count[18], 0, "spinning due to token contention");
164 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_19, CTLFLAG_RW,
165         &token_contention_count[19], 0, "spinning due to token contention");
166 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_20, CTLFLAG_RW,
167         &token_contention_count[20], 0, "spinning due to token contention");
168 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_21, CTLFLAG_RW,
169         &token_contention_count[21], 0, "spinning due to token contention");
170 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_22, CTLFLAG_RW,
171         &token_contention_count[22], 0, "spinning due to token contention");
172 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_23, CTLFLAG_RW,
173         &token_contention_count[23], 0, "spinning due to token contention");
174 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_24, CTLFLAG_RW,
175         &token_contention_count[24], 0, "spinning due to token contention");
176 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_25, CTLFLAG_RW,
177         &token_contention_count[25], 0, "spinning due to token contention");
178 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_26, CTLFLAG_RW,
179         &token_contention_count[26], 0, "spinning due to token contention");
180 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_27, CTLFLAG_RW,
181         &token_contention_count[27], 0, "spinning due to token contention");
182 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_28, CTLFLAG_RW,
183         &token_contention_count[28], 0, "spinning due to token contention");
184 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_29, CTLFLAG_RW,
185         &token_contention_count[29], 0, "spinning due to token contention");
186 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_30, CTLFLAG_RW,
187         &token_contention_count[30], 0, "spinning due to token contention");
188 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_31, CTLFLAG_RW,
189         &token_contention_count[31], 0, "spinning due to token contention");
190 #endif
191 static int fairq_enable = 0;
192 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW,
193         &fairq_enable, 0, "Turn on fairq priority accumulators");
194 static int fairq_bypass = -1;
195 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_bypass, CTLFLAG_RW,
196         &fairq_bypass, 0, "Allow fairq to bypass td on token failure");
197 extern int lwkt_sched_debug;
198 int lwkt_sched_debug = 0;
199 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, sched_debug, CTLFLAG_RW,
200         &lwkt_sched_debug, 0, "Scheduler debug");
201 static int lwkt_spin_loops = 10;
202 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_loops, CTLFLAG_RW,
203         &lwkt_spin_loops, 0, "Scheduler spin loops until sorted decon");
204 static int lwkt_spin_reseq = 0;
205 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_reseq, CTLFLAG_RW,
206         &lwkt_spin_reseq, 0, "Scheduler resequencer enable");
207 static int lwkt_spin_monitor = 0;
208 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_monitor, CTLFLAG_RW,
209         &lwkt_spin_monitor, 0, "Scheduler uses monitor/mwait");
210 static int lwkt_spin_fatal = 0; /* disabled */
211 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_fatal, CTLFLAG_RW,
212         &lwkt_spin_fatal, 0, "LWKT scheduler spin loops till fatal panic");
213 static int preempt_enable = 1;
214 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW,
215         &preempt_enable, 0, "Enable preemption");
216 static int lwkt_cache_threads = 0;
217 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, cache_threads, CTLFLAG_RD,
218         &lwkt_cache_threads, 0, "thread+kstack cache");
219
220 static __cachealign int lwkt_cseq_rindex;
221 static __cachealign int lwkt_cseq_windex;
222
223 /*
224  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
225  * within a critical section.
226  *
227  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
228  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
229  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
230  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
231  */
232 static __inline
233 void
234 _lwkt_dequeue(thread_t td)
235 {
236     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
237         struct globaldata *gd = td->td_gd;
238
239         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
240         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
241         --gd->gd_tdrunqcount;
242         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
243                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
244     }
245 }
246
247 /*
248  * Priority enqueue.
249  *
250  * NOTE: There are a limited number of lwkt threads runnable since user
251  *       processes only schedule one at a time per cpu.
252  */
253 static __inline
254 void
255 _lwkt_enqueue(thread_t td)
256 {
257     thread_t xtd;
258
259     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
260         struct globaldata *gd = td->td_gd;
261
262         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
263         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
264         if (xtd == NULL) {
265             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
266             atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
267         } else {
268             while (xtd && xtd->td_pri >= td->td_pri)
269                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
270             if (xtd)
271                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
272             else
273                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
274         }
275         ++gd->gd_tdrunqcount;
276
277         /*
278          * Request a LWKT reschedule if we are now at the head of the queue.
279          */
280         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td)
281             need_lwkt_resched();
282     }
283 }
284
285 static __boolean_t
286 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
287 {
288         struct thread *td = (struct thread *)obj;
289
290         td->td_kstack = NULL;
291         td->td_kstack_size = 0;
292         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
293         td->td_mpflags = 0;
294         return (1);
295 }
296
297 static void
298 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
299 {
300         struct thread *td = (struct thread *)obj;
301
302         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
303             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
304         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
305                 td->td_kstack_size > 0,
306             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
307         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
308         td->td_kstack = NULL;
309         td->td_flags = 0;
310 }
311
312 /*
313  * Initialize the lwkt s/system.
314  *
315  * Nominally cache up to 32 thread + kstack structures.  Cache more on
316  * systems with a lot of cpu cores.
317  */
318 void
319 lwkt_init(void)
320 {
321     TUNABLE_INT("lwkt.cache_threads", &lwkt_cache_threads);
322     if (lwkt_cache_threads == 0) {
323         lwkt_cache_threads = ncpus * 4;
324         if (lwkt_cache_threads < 32)
325             lwkt_cache_threads = 32;
326     }
327     thread_cache = objcache_create_mbacked(
328                                 M_THREAD, sizeof(struct thread),
329                                 NULL, lwkt_cache_threads,
330                                 _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
331 }
332
333 /*
334  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
335  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
336  * function.
337  *
338  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
339  */
340 void
341 lwkt_schedule_self(thread_t td)
342 {
343     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
344     crit_enter_quick(td);
345     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
346             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
347     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
348              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
349     _lwkt_enqueue(td);
350     crit_exit_quick(td);
351 }
352
353 /*
354  * Deschedule a thread.
355  *
356  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
357  */
358 void
359 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
360 {
361     crit_enter_quick(td);
362     _lwkt_dequeue(td);
363     crit_exit_quick(td);
364 }
365
366 /*
367  * LWKTs operate on a per-cpu basis
368  *
369  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
370  */
371 void
372 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
373 {
374     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
375     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
376 }
377
378 /*
379  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
380  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
381  * -1 the thread will be created on the current cpu.
382  *
383  * If you intend to create a thread without a process context this function
384  * does everything except load the startup and switcher function.
385  */
386 thread_t
387 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
388 {
389     static int cpu_rotator;
390     globaldata_t gd = mycpu;
391     void *stack;
392
393     /*
394      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
395      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
396      * thread intact through the exit.
397      */
398     if (td == NULL) {
399         crit_enter_gd(gd);
400         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
401             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
402                                       TDF_RUNQ)) == 0);
403             gd->gd_freetd = NULL;
404         } else {
405             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
406             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
407                                       TDF_RUNQ)) == 0);
408         }
409         crit_exit_gd(gd);
410         KASSERT((td->td_flags &
411                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) ==
412                  TDF_ALLOCATED_THREAD,
413                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
414         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
415     }
416
417     /*
418      * Try to reuse cached stack.
419      */
420     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
421         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
422             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
423             stack = NULL;
424         }
425     }
426     if (stack == NULL) {
427         stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize);
428         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
429     }
430     if (cpu < 0) {
431         cpu = ++cpu_rotator;
432         cpu_ccfence();
433         cpu %= ncpus;
434     }
435     lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
436     return(td);
437 }
438
439 /*
440  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
441  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
442  *
443  * All threads start out in a critical section at a priority of
444  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
445  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
446  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
447  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
448  * cpu.
449  *
450  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
451  * if SMP has not yet been activated.
452  */
453 #ifdef SMP
454
455 static void
456 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
457 {
458     thread_t td = arg;
459
460     /*
461      * Protected by critical section held by IPI dispatch
462      */
463     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
464 }
465
466 #endif
467
468 /*
469  * lwkt core thread structural initialization.
470  *
471  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
472  */
473 void
474 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
475                 struct globaldata *gd)
476 {
477     globaldata_t mygd = mycpu;
478
479     bzero(td, sizeof(struct thread));
480     td->td_kstack = stack;
481     td->td_kstack_size = stksize;
482     td->td_flags = flags;
483     td->td_mpflags = 0;
484     td->td_gd = gd;
485     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
486     td->td_critcount = 1;
487     td->td_toks_have = NULL;
488     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
489     if (lwkt_use_spin_port || (flags & TDF_FORCE_SPINPORT))
490         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport, td);
491     else
492         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
493     pmap_init_thread(td);
494 #ifdef SMP
495     /*
496      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
497      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
498      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
499      * of gd_tdallq requires the BGL.
500      */
501     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
502         crit_enter_gd(mygd);
503         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
504         crit_exit_gd(mygd);
505     } else {
506         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
507     }
508 #else
509     crit_enter_gd(mygd);
510     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
511     crit_exit_gd(mygd);
512 #endif
513
514     dsched_new_thread(td);
515 }
516
517 void
518 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
519 {
520     __va_list va;
521
522     __va_start(va, ctl);
523     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
524     __va_end(va);
525     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, td->td_comm);
526 }
527
528 /*
529  * Prevent the thread from getting destroyed.  Note that unlike PHOLD/PRELE
530  * this does not prevent the thread from migrating to another cpu so the
531  * gd_tdallq state is not protected by this.
532  */
533 void
534 lwkt_hold(thread_t td)
535 {
536     atomic_add_int(&td->td_refs, 1);
537 }
538
539 void
540 lwkt_rele(thread_t td)
541 {
542     KKASSERT(td->td_refs > 0);
543     atomic_add_int(&td->td_refs, -1);
544 }
545
546 void
547 lwkt_free_thread(thread_t td)
548 {
549     KKASSERT(td->td_refs == 0);
550     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING | TDF_PREEMPT_LOCK |
551                               TDF_RUNQ | TDF_TSLEEPQ)) == 0);
552     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
553         objcache_put(thread_cache, td);
554     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
555         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
556         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
557             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
558         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
559         td->td_kstack = NULL;
560         td->td_kstack_size = 0;
561     }
562     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
563 }
564
565
566 /*
567  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
568  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
569  * section to avoid races with the scheduling queue.
570  *
571  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
572  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
573  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
574  * the result is very, very fast thread switching.
575  *
576  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
577  * each priority level.  User process scheduling is a totally
578  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
579  * user process priorities.
580  *
581  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
582  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
583  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
584  *
585  * SPECIAL NOTE ON SWITCH ATOMICY: Certain operations such as thread
586  * migration and tsleep deschedule the current lwkt thread and call
587  * lwkt_switch().  In particular, the target cpu of the migration fully
588  * expects the thread to become non-runnable and can deadlock against
589  * cpusync operations if we run any IPIs prior to switching the thread out.
590  *
591  * WE MUST BE VERY CAREFUL NOT TO RUN SPLZ DIRECTLY OR INDIRECTLY IF
592  * THE CURRENT THREAD HAS BEEN DESCHEDULED!
593  */
594 void
595 lwkt_switch(void)
596 {
597     globaldata_t gd = mycpu;
598     thread_t td = gd->gd_curthread;
599     thread_t ntd;
600     int spinning = 0;
601
602     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
603     KKASSERT(td->td_flags & TDF_RUNNING);
604
605     /*
606      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
607      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
608      * kernel trap or we have paniced.
609      *
610      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
611      */
612     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
613         int savegdnest;
614         int savegdtrap;
615
616         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
617             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
618                   "fast interrupt, ipi, or hard code section, "
619                   "td %p\n",
620                   td);
621         } else {
622             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
623             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
624             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
625             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
626             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
627                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
628                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
629                         "or hard code section.\n"
630                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
631                 print_backtrace(-1);
632             }
633             lwkt_switch();
634             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
635             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
636             return;
637         }
638     }
639
640     /*
641      * Release our current user process designation if we are blocking
642      * or if a user reschedule was requested.
643      *
644      * NOTE: This function is NOT called if we are switching into or
645      *       returning from a preemption.
646      *
647      * NOTE: Releasing our current user process designation may cause
648      *       it to be assigned to another thread, which in turn will
649      *       cause us to block in the usched acquire code when we attempt
650      *       to return to userland.
651      *
652      * NOTE: On SMP systems this can be very nasty when heavy token
653      *       contention is present so we want to be careful not to
654      *       release the designation gratuitously.
655      */
656     if (td->td_release &&
657         (user_resched_wanted() || (td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0)) {
658             td->td_release(td);
659     }
660
661     /*
662      * Release all tokens
663      */
664     crit_enter_gd(gd);
665     if (TD_TOKS_HELD(td))
666             lwkt_relalltokens(td);
667
668     /*
669      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
670      * endless panic loop.
671      */
672     KASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0 || panicstr != NULL, 
673             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
674              gd->gd_spinlocks_wr));
675
676
677 #ifdef SMP
678 #ifdef  INVARIANTS
679     if (td->td_cscount) {
680         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
681                 td);
682         if (panic_on_cscount)
683             panic("switching while mastering cpusync");
684     }
685 #endif
686 #endif
687
688     /*
689      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
690      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
691      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
692      * itself).
693      *
694      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
695      * out the adjustment that was made to curthread when the original
696      * was preempted.
697      */
698     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
699         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
700         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
701
702         /*
703          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
704          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
705          * at a lower priority.
706          *
707          * The interrupt may not have descheduled.
708          */
709         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) != ntd)
710             need_lwkt_resched();
711         goto havethread_preempted;
712     }
713
714     /*
715      * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
716      * schedule the target thread.
717      *
718      * Reminder: Again, we cannot afford to run any IPIs in this path if
719      * the current thread has been descheduled.
720      */
721     for (;;) {
722         clear_lwkt_resched();
723
724         /*
725          * Hotpath - pull the head of the run queue and attempt to schedule
726          * it.
727          */
728         ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
729
730         if (ntd == NULL) {
731             /*
732              * Runq is empty, switch to idle to allow it to halt.
733              */
734             ntd = &gd->gd_idlethread;
735 #ifdef SMP
736             if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
737                 ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
738 #endif
739             cpu_time.cp_msg[0] = 0;
740             cpu_time.cp_stallpc = 0;
741             goto haveidle;
742         }
743
744         /*
745          * Hotpath - schedule ntd.
746          *
747          * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
748          *           always succeeds.
749          */
750         if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
751             lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops)))
752         {
753             goto havethread;
754         }
755
756         /*
757          * Coldpath (SMP only since tokens always succeed on UP)
758          *
759          * We had some contention on the thread we wanted to schedule.
760          * What we do now is try to find a thread that we can schedule
761          * in its stead.
762          *
763          * The coldpath scan does NOT rearrange threads in the run list.
764          * The lwkt_schedulerclock() will assert need_lwkt_resched() on
765          * the next tick whenever the current head is not the current thread.
766          */
767 #ifdef  INVARIANTS
768         ++token_contention_count[ntd->td_pri];
769         ++ntd->td_contended;
770 #endif
771
772         if (fairq_bypass > 0)
773                 goto skip;
774
775         while ((ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq)) != NULL) {
776                 /*
777                  * Never schedule threads returning to userland or the
778                  * user thread scheduler helper thread when higher priority
779                  * threads are present.  The runq is sorted by priority
780                  * so we can give up traversing it when we find the first
781                  * low priority thread.
782                  */
783                 if (ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED) {
784                         ntd = NULL;
785                         break;
786                 }
787
788                 /*
789                  * Try this one.
790                  */
791                 if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
792                     lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops))) {
793                         goto havethread;
794                 }
795 #ifdef  INVARIANTS
796                 ++token_contention_count[ntd->td_pri];
797                 ++ntd->td_contended;
798 #endif
799         }
800
801 skip:
802         /*
803          * We exhausted the run list, meaning that all runnable threads
804          * are contested.
805          */
806         cpu_pause();
807         ntd = &gd->gd_idlethread;
808 #ifdef SMP
809         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
810             ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
811         /* contention case, do not clear contention mask */
812 #endif
813
814         /*
815          * We are going to have to retry but if the current thread is not
816          * on the runq we instead switch through the idle thread to get away
817          * from the current thread.  We have to flag for lwkt reschedule
818          * to prevent the idle thread from halting.
819          *
820          * NOTE: A non-zero spinning is passed to lwkt_getalltokens() to
821          *       instruct it to deal with the potential for deadlocks by
822          *       ordering the tokens by address.
823          */
824         if ((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0) {
825             need_lwkt_resched();        /* prevent hlt */
826             goto haveidle;
827         }
828 #if defined(INVARIANTS) && defined(__amd64__)
829         if ((read_rflags() & PSL_I) == 0) {
830                 cpu_enable_intr();
831                 panic("lwkt_switch() called with interrupts disabled");
832         }
833 #endif
834
835         /*
836          * Number iterations so far.  After a certain point we switch to
837          * a sorted-address/monitor/mwait version of lwkt_getalltokens()
838          */
839         if (spinning < 0x7FFFFFFF)
840             ++spinning;
841
842 #ifdef SMP
843         /*
844          * lwkt_getalltokens() failed in sorted token mode, we can use
845          * monitor/mwait in this case.
846          */
847         if (spinning >= lwkt_spin_loops &&
848             (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) &&
849             lwkt_spin_monitor)
850         {
851             cpu_mmw_pause_int(&gd->gd_reqflags,
852                               (gd->gd_reqflags | RQF_SPINNING) &
853                               ~RQF_IDLECHECK_WK_MASK);
854         }
855 #endif
856
857         /*
858          * We already checked that td is still scheduled so this should be
859          * safe.
860          */
861         splz_check();
862
863         /*
864          * This experimental resequencer is used as a fall-back to reduce
865          * hw cache line contention by placing each core's scheduler into a
866          * time-domain-multplexed slot.
867          *
868          * The resequencer is disabled by default.  It's functionality has
869          * largely been superceeded by the token algorithm which limits races
870          * to a subset of cores.
871          *
872          * The resequencer algorithm tends to break down when more than
873          * 20 cores are contending.  What appears to happen is that new
874          * tokens can be obtained out of address-sorted order by new cores
875          * while existing cores languish in long delays between retries and
876          * wind up being starved-out of the token acquisition.
877          */
878         if (lwkt_spin_reseq && spinning >= lwkt_spin_reseq) {
879             int cseq = atomic_fetchadd_int(&lwkt_cseq_windex, 1);
880             int oseq;
881
882             while ((oseq = lwkt_cseq_rindex) != cseq) {
883                 cpu_ccfence();
884 #if 1
885                 if (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) {
886                     cpu_mmw_pause_int(&lwkt_cseq_rindex, oseq);
887                 } else {
888 #endif
889                     cpu_pause();
890                     cpu_lfence();
891 #if 1
892                 }
893 #endif
894             }
895             DELAY(1);
896             atomic_add_int(&lwkt_cseq_rindex, 1);
897         }
898         /* highest level for(;;) loop */
899     }
900
901 havethread:
902     /*
903      * Clear gd_idle_repeat when doing a normal switch to a non-idle
904      * thread.
905      */
906     ntd->td_wmesg = NULL;
907     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
908     gd->gd_idle_repeat = 0;
909
910 havethread_preempted:
911     /*
912      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
913      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
914      * already acquired it for the target.
915      */
916     ;
917 haveidle:
918     KASSERT(ntd->td_critcount,
919             ("priority problem in lwkt_switch %d %d",
920             td->td_critcount, ntd->td_critcount));
921
922     if (td != ntd) {
923         /*
924          * Execute the actual thread switch operation.  This function
925          * returns to the current thread and returns the previous thread
926          * (which may be different from the thread we switched to).
927          *
928          * We are responsible for marking ntd as TDF_RUNNING.
929          */
930         KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
931         ++switch_count;
932         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
933         ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
934         lwkt_switch_return(td->td_switch(ntd));
935         /* ntd invalid, td_switch() can return a different thread_t */
936     }
937
938     /*
939      * catch-all.  XXX is this strictly needed?
940      */
941     splz_check();
942
943     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
944     crit_exit_quick(td);
945 }
946
947 /*
948  * Called by assembly in the td_switch (thread restore path) for thread
949  * bootstrap cases which do not 'return' to lwkt_switch().
950  */
951 void
952 lwkt_switch_return(thread_t otd)
953 {
954 #ifdef SMP
955         globaldata_t rgd;
956
957         /*
958          * Check if otd was migrating.  Now that we are on ntd we can finish
959          * up the migration.  This is a bit messy but it is the only place
960          * where td is known to be fully descheduled.
961          *
962          * We can only activate the migration if otd was migrating but not
963          * held on the cpu due to a preemption chain.  We still have to
964          * clear TDF_RUNNING on the old thread either way.
965          *
966          * We are responsible for clearing the previously running thread's
967          * TDF_RUNNING.
968          */
969         if ((rgd = otd->td_migrate_gd) != NULL &&
970             (otd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0) {
971                 KKASSERT((otd->td_flags & (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING)) ==
972                          (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING));
973                 otd->td_migrate_gd = NULL;
974                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
975                 lwkt_send_ipiq(rgd, lwkt_setcpu_remote, otd);
976         } else {
977                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
978         }
979 #else
980         otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
981 #endif
982
983         /*
984          * Final exit validations (see lwp_wait()).  Note that otd becomes
985          * invalid the *instant* we set TDF_MP_EXITSIG.
986          */
987         while (otd->td_flags & TDF_EXITING) {
988                 u_int mpflags;
989
990                 mpflags = otd->td_mpflags;
991                 cpu_ccfence();
992
993                 if (mpflags & TDF_MP_EXITWAIT) {
994                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
995                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
996                                 wakeup(otd);
997                                 break;
998                         }
999                 } else {
1000                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
1001                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
1002                                 wakeup(otd);
1003                                 break;
1004                         }
1005                 }
1006         }
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
1011  * can only occur if our only critical section is the one that we were called
1012  * with, the relative priority of the target thread is higher, and the target
1013  * thread holds no tokens.  This also only works if we are not holding any
1014  * spinlocks (obviously).
1015  *
1016  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
1017  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
1018  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
1019  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
1020  * priority of lwkt_schedule() itself).
1021  *
1022  * Preemption is typically limited to interrupt threads.
1023  *
1024  * Operation works in a fairly straight-forward manner.  The normal
1025  * scheduling code is bypassed and we switch directly to the target
1026  * thread.  When the target thread attempts to block or switch away
1027  * code at the base of lwkt_switch() will switch directly back to our
1028  * thread.  Our thread is able to retain whatever tokens it holds and
1029  * if the target needs one of them the target will switch back to us
1030  * and reschedule itself normally.
1031  */
1032 void
1033 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
1034 {
1035     struct globaldata *gd = mycpu;
1036     thread_t xtd;
1037     thread_t td;
1038     int save_gd_intr_nesting_level;
1039
1040     /*
1041      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
1042      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
1043      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
1044      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
1045      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
1046      *
1047      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
1048      * inherit our critical section?  I dunno yet).
1049      */
1050     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
1051
1052     td = gd->gd_curthread;
1053     if (preempt_enable == 0) {
1054         ++preempt_miss;
1055         return;
1056     }
1057     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
1058         ++preempt_miss;
1059         return;
1060     }
1061     if (td->td_critcount > critcount) {
1062         ++preempt_miss;
1063         return;
1064     }
1065 #ifdef SMP
1066     if (td->td_cscount) {
1067         ++preempt_miss;
1068         return;
1069     }
1070     if (ntd->td_gd != gd) {
1071         ++preempt_miss;
1072         return;
1073     }
1074 #endif
1075     /*
1076      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
1077      * td_critcount.
1078      *
1079      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
1080      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
1081      * is no need to support it.
1082      */
1083     KKASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0);
1084
1085     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
1086         ++preempt_miss;
1087         return;
1088     }
1089     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1090         ++preempt_weird;
1091         return;
1092     }
1093     if (ntd->td_preempted) {
1094         ++preempt_hit;
1095         return;
1096     }
1097     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
1098
1099     /*
1100      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
1101      * call need_lwkt_resched().
1102      *
1103      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
1104      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
1105      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
1106      *
1107      * A preemption must switch back to the original thread, assert the
1108      * case.
1109      */
1110     ++preempt_hit;
1111     ntd->td_preempted = td;
1112     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1113     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1114     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1115     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1116
1117     KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
1118     ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
1119     xtd = td->td_switch(ntd);
1120     KKASSERT(xtd == ntd);
1121     lwkt_switch_return(xtd);
1122     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1123
1124     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1125     ntd->td_preempted = NULL;
1126     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1127 }
1128
1129 /*
1130  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1131  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1132  * section.
1133  *
1134  * (self contained on a per cpu basis)
1135  */
1136 void
1137 splz_check(void)
1138 {
1139     globaldata_t gd = mycpu;
1140     thread_t td = gd->gd_curthread;
1141
1142     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1143         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1144         td->td_nest_count < 2)
1145     {
1146         splz();
1147     }
1148 }
1149
1150 /*
1151  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1152  * been tested but td_critcount has not.
1153  *
1154  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1155  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1156  *
1157  * NOTE: gd->gd_spinlocks_wr is implied to be 0 when td_critcount is 0.
1158  */
1159 void
1160 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1161 {
1162     globaldata_t gd = td->td_gd;
1163
1164     if (td->td_critcount == 0 &&
1165         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1166         td->td_nest_count < 2)
1167     {
1168         splz();
1169     }
1170 }
1171
1172 /*
1173  * Drivers which set up processing co-threads can call this function to
1174  * run the co-thread at a higher priority and to allow it to preempt
1175  * normal threads.
1176  */
1177 void
1178 lwkt_set_interrupt_support_thread(void)
1179 {
1180         thread_t td = curthread;
1181
1182         lwkt_setpri_self(TDPRI_INT_SUPPORT);
1183         td->td_flags |= TDF_INTTHREAD;
1184         td->td_preemptable = lwkt_preempt;
1185 }
1186
1187
1188 /*
1189  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1190  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1191  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1192  * (curthread) continues running in the released state.
1193  */
1194 void
1195 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1196 {
1197     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1198
1199     td->td_release = NULL;
1200     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1201     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1202 }
1203
1204
1205 /*
1206  * This implements a LWKT yield, allowing a kernel thread to yield to other
1207  * kernel threads at the same or higher priority.  This function can be
1208  * called in a tight loop and will typically only yield once per tick.
1209  *
1210  * Most kernel threads run at the same priority in order to allow equal
1211  * sharing.
1212  *
1213  * (self contained on a per cpu basis)
1214  */
1215 void
1216 lwkt_yield(void)
1217 {
1218     globaldata_t gd = mycpu;
1219     thread_t td = gd->gd_curthread;
1220
1221     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1222         splz();
1223     if (lwkt_resched_wanted()) {
1224         lwkt_schedule_self(curthread);
1225         lwkt_switch();
1226     }
1227 }
1228
1229 /*
1230  * The quick version processes pending interrupts and higher-priority
1231  * LWKT threads but will not round-robin same-priority LWKT threads.
1232  *
1233  * When called while attempting to return to userland the only same-pri
1234  * threads are the ones which have already tried to become the current
1235  * user process.
1236  */
1237 void
1238 lwkt_yield_quick(void)
1239 {
1240     globaldata_t gd = mycpu;
1241     thread_t td = gd->gd_curthread;
1242
1243     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1244         splz();
1245     if (lwkt_resched_wanted()) {
1246         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1247             clear_lwkt_resched();
1248         } else {
1249             lwkt_schedule_self(curthread);
1250             lwkt_switch();
1251         }
1252     }
1253 }
1254
1255 /*
1256  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1257  *
1258  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1259  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1260  * switch to other processes by releasing.
1261  *
1262  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1263  * if no yield is determined to be needed.
1264  */
1265 void
1266 lwkt_user_yield(void)
1267 {
1268     globaldata_t gd = mycpu;
1269     thread_t td = gd->gd_curthread;
1270
1271     /*
1272      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1273      * section.
1274      */
1275     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1276         splz();
1277
1278     /*
1279      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1280      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1281      * quantum has run out.
1282      */
1283     if (lwkt_resched_wanted() ||
1284         user_resched_wanted())
1285     {
1286         lwkt_switch();
1287     }
1288
1289 #if 0
1290     /*
1291      * Reacquire the current process if we are released.
1292      *
1293      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1294      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1295      */
1296     if (td->td_release == NULL && lp) {
1297         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1298         td->td_release = lwkt_passive_release;
1299         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1300     }
1301 #endif
1302 }
1303
1304 /*
1305  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1306  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1307  *
1308  * We have a little helper inline function which does additional work after
1309  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1310  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1311  * to userland until it has processed higher priority threads).
1312  *
1313  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1314  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1315  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1316  */
1317 static __inline
1318 void
1319 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount)
1320 {
1321     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1322         if (ntd->td_preemptable) {
1323             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1324         }
1325     }
1326 }
1327
1328 static __inline
1329 void
1330 _lwkt_schedule(thread_t td)
1331 {
1332     globaldata_t mygd = mycpu;
1333
1334     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1335             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1336     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
1337     crit_enter_gd(mygd);
1338     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1339              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1340
1341     if (td == mygd->gd_curthread) {
1342         _lwkt_enqueue(td);
1343     } else {
1344         /*
1345          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1346          * critical section).  If we do not own the thread there might
1347          * be a race but the target cpu will deal with it.
1348          */
1349 #ifdef SMP
1350         if (td->td_gd == mygd) {
1351             _lwkt_enqueue(td);
1352             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1353         } else {
1354             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1355         }
1356 #else
1357         _lwkt_enqueue(td);
1358         _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1359 #endif
1360     }
1361     crit_exit_gd(mygd);
1362 }
1363
1364 void
1365 lwkt_schedule(thread_t td)
1366 {
1367     _lwkt_schedule(td);
1368 }
1369
1370 void
1371 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)    /* XXX not impl */
1372 {
1373     _lwkt_schedule(td);
1374 }
1375
1376 #ifdef SMP
1377
1378 /*
1379  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1380  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1381  *
1382  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1383  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1384  */
1385 static void
1386 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1387 {
1388     thread_t td = curthread;
1389     thread_t ntd = arg;
1390
1391     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1392         crit_exit_noyield(td);
1393         _lwkt_schedule(ntd);
1394         crit_enter_quick(td);
1395     } else {
1396         _lwkt_schedule(ntd);
1397     }
1398 }
1399
1400 /*
1401  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1402  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1403  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1404  *
1405  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1406  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1407  *
1408  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1409  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1410  *
1411  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1412  */
1413 void
1414 lwkt_giveaway(thread_t td)
1415 {
1416     globaldata_t gd = mycpu;
1417
1418     crit_enter_gd(gd);
1419     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1420         tsleep_remove(td);
1421     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1422     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1423     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1424     crit_exit_gd(gd);
1425 }
1426
1427 void
1428 lwkt_acquire(thread_t td)
1429 {
1430     globaldata_t gd;
1431     globaldata_t mygd;
1432     int retry = 10000000;
1433
1434     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1435     gd = td->td_gd;
1436     mygd = mycpu;
1437     if (gd != mycpu) {
1438         cpu_lfence();
1439         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1440         crit_enter_gd(mygd);
1441         DEBUG_PUSH_INFO("lwkt_acquire");
1442         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1443 #ifdef SMP
1444             lwkt_process_ipiq();
1445 #endif
1446             cpu_lfence();
1447             if (--retry == 0) {
1448                 kprintf("lwkt_acquire: stuck: td %p td->td_flags %08x\n",
1449                         td, td->td_flags);
1450                 retry = 10000000;
1451             }
1452         }
1453         DEBUG_POP_INFO();
1454         cpu_mfence();
1455         td->td_gd = mygd;
1456         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1457         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1458         crit_exit_gd(mygd);
1459     } else {
1460         crit_enter_gd(mygd);
1461         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1462         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1463         crit_exit_gd(mygd);
1464     }
1465 }
1466
1467 #endif
1468
1469 /*
1470  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1471  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1472  * asynchronous.  
1473  *
1474  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1475  */
1476 void
1477 lwkt_deschedule(thread_t td)
1478 {
1479     crit_enter();
1480 #ifdef SMP
1481     if (td == curthread) {
1482         _lwkt_dequeue(td);
1483     } else {
1484         if (td->td_gd == mycpu) {
1485             _lwkt_dequeue(td);
1486         } else {
1487             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1488         }
1489     }
1490 #else
1491     _lwkt_dequeue(td);
1492 #endif
1493     crit_exit();
1494 }
1495
1496 /*
1497  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1498  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1499  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1500  */
1501 void
1502 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1503 {
1504     if (td->td_pri != pri) {
1505         KKASSERT(pri >= 0);
1506         crit_enter();
1507         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1508             KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1509             _lwkt_dequeue(td);
1510             td->td_pri = pri;
1511             _lwkt_enqueue(td);
1512         } else {
1513             td->td_pri = pri;
1514         }
1515         crit_exit();
1516     }
1517 }
1518
1519 /*
1520  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1521  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1522  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1523  * cpu.
1524  *
1525  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1526  * and before the thread is initially scheduled.
1527  */
1528 void
1529 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1530 {
1531     KKASSERT(pri >= 0);
1532     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1533     td->td_pri = pri;
1534 }
1535
1536 void
1537 lwkt_setpri_self(int pri)
1538 {
1539     thread_t td = curthread;
1540
1541     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1542     crit_enter();
1543     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1544         _lwkt_dequeue(td);
1545         td->td_pri = pri;
1546         _lwkt_enqueue(td);
1547     } else {
1548         td->td_pri = pri;
1549     }
1550     crit_exit();
1551 }
1552
1553 /*
1554  * hz tick scheduler clock for LWKT threads
1555  */
1556 void
1557 lwkt_schedulerclock(thread_t td)
1558 {
1559     globaldata_t gd = td->td_gd;
1560     thread_t xtd;
1561
1562     if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1563         /*
1564          * If the current thread is at the head of the runq shift it to the
1565          * end of any equal-priority threads and request a LWKT reschedule
1566          * if it moved.
1567          */
1568         xtd = TAILQ_NEXT(td, td_threadq);
1569         if (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri) {
1570             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1571             while (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri)
1572                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
1573             if (xtd)
1574                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
1575             else
1576                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1577             need_lwkt_resched();
1578         }
1579     } else {
1580         /*
1581          * If we scheduled a thread other than the one at the head of the
1582          * queue always request a reschedule every tick.
1583          */
1584         need_lwkt_resched();
1585     }
1586 }
1587
1588 /*
1589  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1590  *
1591  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu
1592  * and setting td_migrate_gd.  The lwkt_switch() code will detect that the
1593  * 'old' thread wants to migrate after it has been completely switched out
1594  * and will complete the migration.
1595  *
1596  * TDF_MIGRATING prevents scheduling races while the thread is being migrated.
1597  *
1598  * We must be sure to release our current process designation (if a user
1599  * process) before clearing out any tsleepq we are on because the release
1600  * code may re-add us.
1601  *
1602  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1603  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1604  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1605  */
1606
1607 void
1608 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1609 {
1610 #ifdef SMP
1611     thread_t td = curthread;
1612
1613     if (td->td_gd != rgd) {
1614         crit_enter_quick(td);
1615
1616         if (td->td_release)
1617             td->td_release(td);
1618         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1619             tsleep_remove(td);
1620
1621         /*
1622          * Set TDF_MIGRATING to prevent a spurious reschedule while we are
1623          * trying to deschedule ourselves and switch away, then deschedule
1624          * ourself, remove us from tdallq, and set td_migrate_gd.  Finally,
1625          * call lwkt_switch() to complete the operation.
1626          */
1627         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1628         lwkt_deschedule_self(td);
1629         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1630         td->td_migrate_gd = rgd;
1631         lwkt_switch();
1632
1633         /*
1634          * We are now on the target cpu
1635          */
1636         KKASSERT(rgd == mycpu);
1637         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1638         crit_exit_quick(td);
1639     }
1640 #endif
1641 }
1642
1643 void
1644 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1645 {
1646 #ifdef SMP
1647         globaldata_t rgd;
1648
1649         rgd = globaldata_find(cpuid);
1650         lwkt_setcpu_self(rgd);
1651 #endif
1652 }
1653
1654 #ifdef SMP
1655 /*
1656  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1657  * do not have to enter another one).
1658  *
1659  * The thread (td) has already been completely descheduled from the
1660  * originating cpu and we can simply assert the case.  The thread is
1661  * assigned to the new cpu and enqueued.
1662  *
1663  * The thread will re-add itself to tdallq when it resumes execution.
1664  */
1665 static void
1666 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1667 {
1668     thread_t td = arg;
1669     globaldata_t gd = mycpu;
1670
1671     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1672     td->td_gd = gd;
1673     cpu_mfence();
1674     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1675     KKASSERT(td->td_migrate_gd == NULL);
1676     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1677             (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1678     _lwkt_enqueue(td);
1679 }
1680 #endif
1681
1682 struct lwp *
1683 lwkt_preempted_proc(void)
1684 {
1685     thread_t td = curthread;
1686     while (td->td_preempted)
1687         td = td->td_preempted;
1688     return(td->td_lwp);
1689 }
1690
1691 /*
1692  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1693  * with proc0 - ie: kernel only.
1694  *
1695  * If the cpu is not specified one will be selected.  In the future
1696  * specifying a cpu of -1 will enable kernel thread migration between
1697  * cpus.
1698  */
1699 int
1700 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1701             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1702 {
1703     thread_t td;
1704     __va_list ap;
1705
1706     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1707                            tdflags);
1708     if (tdp)
1709         *tdp = td;
1710     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1711
1712     /*
1713      * Set up arg0 for 'ps' etc
1714      */
1715     __va_start(ap, fmt);
1716     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1717     __va_end(ap);
1718
1719     /*
1720      * Schedule the thread to run
1721      */
1722     if (td->td_flags & TDF_NOSTART)
1723         td->td_flags &= ~TDF_NOSTART;
1724     else
1725         lwkt_schedule(td);
1726     return 0;
1727 }
1728
1729 /*
1730  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1731  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1732  * uses a different reaping mechanism.
1733  */
1734 void
1735 lwkt_exit(void)
1736 {
1737     thread_t td = curthread;
1738     thread_t std;
1739     globaldata_t gd;
1740
1741     /*
1742      * Do any cleanup that might block here
1743      */
1744     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1745         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1746     caps_exit(td);
1747     biosched_done(td);
1748     dsched_exit_thread(td);
1749
1750     /*
1751      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1752      * until we can get it freed.
1753      *
1754      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1755      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1756      *
1757      * We are the current thread so of course our own TDF_RUNNING bit will
1758      * be set, so unlike the lwp reap code we don't wait for it to clear.
1759      */
1760     gd = mycpu;
1761     crit_enter_quick(td);
1762     for (;;) {
1763         if (td->td_refs) {
1764             tsleep(td, 0, "tdreap", 1);
1765             continue;
1766         }
1767         if ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1768             KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1769             gd->gd_freetd = NULL;
1770             objcache_put(thread_cache, std);
1771             continue;
1772         }
1773         break;
1774     }
1775
1776     /*
1777      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1778      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1779      * up with a stale td on the tsleepq.
1780      *
1781      * None of this may block, the critical section is the only thing
1782      * protecting tdallq and the only thing preventing new lwkt_hold()
1783      * thread refs now.
1784      */
1785     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1786         tsleep_remove(td);
1787     lwkt_deschedule_self(td);
1788     lwkt_remove_tdallq(td);
1789     KKASSERT(td->td_refs == 0);
1790
1791     /*
1792      * Final cleanup
1793      */
1794     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1795     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1796         gd->gd_freetd = td;
1797     cpu_thread_exit();
1798 }
1799
1800 void
1801 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1802 {
1803     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1804     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1805 }
1806
1807 /*
1808  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1809  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1810  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1811  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1812  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1813  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1814  * procedure instead of duplicating it.
1815  *
1816  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1817  * smaller code size.
1818  */
1819 void
1820 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1821 {
1822     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1823 }
1824
1825 void
1826 crit_panic(void)
1827 {
1828     thread_t td = curthread;
1829     int lcrit = td->td_critcount;
1830
1831     td->td_critcount = 0;
1832     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1833     /* NOT REACHED */
1834 }
1835
1836 #ifdef SMP
1837
1838 /*
1839  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1840  * process the IPIQ while stopped, even if we were stopped while in a critical
1841  * section (XXX).
1842  *
1843  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1844  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1845  * stopped.
1846  */
1847 void
1848 lwkt_smp_stopped(void)
1849 {
1850     globaldata_t gd = mycpu;
1851
1852     crit_enter_gd(gd);
1853     if (dumping) {
1854         lwkt_process_ipiq();
1855         splz();
1856     } else {
1857         lwkt_process_ipiq();
1858     }
1859     crit_exit_gd(gd);
1860 }
1861
1862 #endif