Merge branch 'vendor/MDOCML'
[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/spinlock.h>
54 #include <sys/ktr.h>
55
56 #include <sys/thread2.h>
57 #include <sys/spinlock2.h>
58 #include <sys/mplock2.h>
59
60 #include <sys/dsched.h>
61
62 #include <vm/vm.h>
63 #include <vm/vm_param.h>
64 #include <vm/vm_kern.h>
65 #include <vm/vm_object.h>
66 #include <vm/vm_page.h>
67 #include <vm/vm_map.h>
68 #include <vm/vm_pager.h>
69 #include <vm/vm_extern.h>
70
71 #include <machine/stdarg.h>
72 #include <machine/smp.h>
73
74 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
75 #include <pthread.h>
76 #endif
77
78 #if !defined(KTR_CTXSW)
79 #define KTR_CTXSW KTR_ALL
80 #endif
81 KTR_INFO_MASTER(ctxsw);
82 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, sw, 0, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
83 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, pre, 1, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
84 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, newtd, 2, "#threads[%p].name = %s", struct thread *td, char *comm);
85 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, deadtd, 3, "#threads[%p].name = <dead>", struct thread *td);
86
87 static MALLOC_DEFINE(M_THREAD, "thread", "lwkt threads");
88
89 #ifdef  INVARIANTS
90 static int panic_on_cscount = 0;
91 #endif
92 static __int64_t switch_count = 0;
93 static __int64_t preempt_hit = 0;
94 static __int64_t preempt_miss = 0;
95 static __int64_t preempt_weird = 0;
96 static int lwkt_use_spin_port;
97 static struct objcache *thread_cache;
98 int cpu_mwait_spin = 0;
99
100 static void lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
101 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
102
103 extern void cpu_heavy_restore(void);
104 extern void cpu_lwkt_restore(void);
105 extern void cpu_kthread_restore(void);
106 extern void cpu_idle_restore(void);
107
108 /*
109  * We can make all thread ports use the spin backend instead of the thread
110  * backend.  This should only be set to debug the spin backend.
111  */
112 TUNABLE_INT("lwkt.use_spin_port", &lwkt_use_spin_port);
113
114 #ifdef  INVARIANTS
115 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0,
116     "Panic if attempting to switch lwkt's while mastering cpusync");
117 #endif
118 SYSCTL_INT(_hw, OID_AUTO, cpu_mwait_spin, CTLFLAG_RW, &cpu_mwait_spin, 0,
119     "monitor/mwait target state");
120 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0,
121     "Number of switched threads");
122 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, 
123     "Successful preemption events");
124 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, 
125     "Failed preemption events");
126 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0,
127     "Number of preempted threads.");
128 static int fairq_enable = 0;
129 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW,
130         &fairq_enable, 0, "Turn on fairq priority accumulators");
131 static int fairq_bypass = -1;
132 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_bypass, CTLFLAG_RW,
133         &fairq_bypass, 0, "Allow fairq to bypass td on token failure");
134 extern int lwkt_sched_debug;
135 int lwkt_sched_debug = 0;
136 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, sched_debug, CTLFLAG_RW,
137         &lwkt_sched_debug, 0, "Scheduler debug");
138 static int lwkt_spin_loops = 10;
139 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_loops, CTLFLAG_RW,
140         &lwkt_spin_loops, 0, "Scheduler spin loops until sorted decon");
141 static int lwkt_spin_reseq = 0;
142 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_reseq, CTLFLAG_RW,
143         &lwkt_spin_reseq, 0, "Scheduler resequencer enable");
144 static int lwkt_spin_monitor = 0;
145 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_monitor, CTLFLAG_RW,
146         &lwkt_spin_monitor, 0, "Scheduler uses monitor/mwait");
147 static int lwkt_spin_fatal = 0; /* disabled */
148 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_fatal, CTLFLAG_RW,
149         &lwkt_spin_fatal, 0, "LWKT scheduler spin loops till fatal panic");
150 static int preempt_enable = 1;
151 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW,
152         &preempt_enable, 0, "Enable preemption");
153 static int lwkt_cache_threads = 0;
154 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, cache_threads, CTLFLAG_RD,
155         &lwkt_cache_threads, 0, "thread+kstack cache");
156
157 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
158 static __cachealign int lwkt_cseq_rindex;
159 static __cachealign int lwkt_cseq_windex;
160 #endif
161
162 /*
163  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
164  * within a critical section.
165  *
166  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
167  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
168  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
169  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
170  */
171 static __inline
172 void
173 _lwkt_dequeue(thread_t td)
174 {
175     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
176         struct globaldata *gd = td->td_gd;
177
178         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
179         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
180         --gd->gd_tdrunqcount;
181         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
182                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
183     }
184 }
185
186 /*
187  * Priority enqueue.
188  *
189  * There are a limited number of lwkt threads runnable since user
190  * processes only schedule one at a time per cpu.  However, there can
191  * be many user processes in kernel mode exiting from a tsleep() which
192  * become runnable.
193  *
194  * NOTE: lwkt_schedulerclock() will force a round-robin based on td_pri and
195  *       will ignore user priority.  This is to ensure that user threads in
196  *       kernel mode get cpu at some point regardless of what the user
197  *       scheduler thinks.
198  */
199 static __inline
200 void
201 _lwkt_enqueue(thread_t td)
202 {
203     thread_t xtd;
204
205     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
206         struct globaldata *gd = td->td_gd;
207
208         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
209         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
210         if (xtd == NULL) {
211             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
212             atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
213         } else {
214             /*
215              * NOTE: td_upri - higher numbers more desireable, same sense
216              *       as td_pri (typically reversed from lwp_upri).
217              *
218              *       In the equal priority case we want the best selection
219              *       at the beginning so the less desireable selections know
220              *       that they have to setrunqueue/go-to-another-cpu, even
221              *       though it means switching back to the 'best' selection.
222              *       This also avoids degenerate situations when many threads
223              *       are runnable or waking up at the same time.
224              *
225              *       If upri matches exactly place at end/round-robin.
226              */
227             while (xtd &&
228                    (xtd->td_pri >= td->td_pri ||
229                     (xtd->td_pri == td->td_pri &&
230                      xtd->td_upri >= td->td_upri))) {
231                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
232             }
233             if (xtd)
234                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
235             else
236                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
237         }
238         ++gd->gd_tdrunqcount;
239
240         /*
241          * Request a LWKT reschedule if we are now at the head of the queue.
242          */
243         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td)
244             need_lwkt_resched();
245     }
246 }
247
248 static __boolean_t
249 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
250 {
251         struct thread *td = (struct thread *)obj;
252
253         td->td_kstack = NULL;
254         td->td_kstack_size = 0;
255         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
256         td->td_mpflags = 0;
257         return (1);
258 }
259
260 static void
261 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
262 {
263         struct thread *td = (struct thread *)obj;
264
265         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
266             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
267         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
268                 td->td_kstack_size > 0,
269             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
270         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
271         td->td_kstack = NULL;
272         td->td_flags = 0;
273 }
274
275 /*
276  * Initialize the lwkt s/system.
277  *
278  * Nominally cache up to 32 thread + kstack structures.  Cache more on
279  * systems with a lot of cpu cores.
280  */
281 void
282 lwkt_init(void)
283 {
284     TUNABLE_INT("lwkt.cache_threads", &lwkt_cache_threads);
285     if (lwkt_cache_threads == 0) {
286         lwkt_cache_threads = ncpus * 4;
287         if (lwkt_cache_threads < 32)
288             lwkt_cache_threads = 32;
289     }
290     thread_cache = objcache_create_mbacked(
291                                 M_THREAD, sizeof(struct thread),
292                                 0, lwkt_cache_threads,
293                                 _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
294 }
295
296 /*
297  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
298  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
299  * function.
300  *
301  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
302  */
303 void
304 lwkt_schedule_self(thread_t td)
305 {
306     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
307     crit_enter_quick(td);
308     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
309             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
310     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
311              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
312     _lwkt_enqueue(td);
313     crit_exit_quick(td);
314 }
315
316 /*
317  * Deschedule a thread.
318  *
319  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
320  */
321 void
322 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
323 {
324     crit_enter_quick(td);
325     _lwkt_dequeue(td);
326     crit_exit_quick(td);
327 }
328
329 /*
330  * LWKTs operate on a per-cpu basis
331  *
332  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
333  */
334 void
335 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
336 {
337     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
338     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
339 }
340
341 /*
342  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
343  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
344  * -1 the thread will be created on the current cpu.
345  *
346  * If you intend to create a thread without a process context this function
347  * does everything except load the startup and switcher function.
348  */
349 thread_t
350 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
351 {
352     static int cpu_rotator;
353     globaldata_t gd = mycpu;
354     void *stack;
355
356     /*
357      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
358      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
359      * thread intact through the exit.
360      */
361     if (td == NULL) {
362         crit_enter_gd(gd);
363         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
364             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
365                                       TDF_RUNQ)) == 0);
366             gd->gd_freetd = NULL;
367         } else {
368             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
369             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
370                                       TDF_RUNQ)) == 0);
371         }
372         crit_exit_gd(gd);
373         KASSERT((td->td_flags &
374                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) ==
375                  TDF_ALLOCATED_THREAD,
376                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
377         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
378     }
379
380     /*
381      * Try to reuse cached stack.
382      */
383     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
384         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
385             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
386             stack = NULL;
387         }
388     }
389     if (stack == NULL) {
390         stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize);
391         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
392     }
393     if (cpu < 0) {
394         cpu = ++cpu_rotator;
395         cpu_ccfence();
396         cpu %= ncpus;
397     }
398     lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
399     return(td);
400 }
401
402 /*
403  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
404  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
405  *
406  * All threads start out in a critical section at a priority of
407  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
408  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
409  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
410  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
411  * cpu.
412  *
413  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
414  * if SMP has not yet been activated.
415  */
416 static void
417 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
418 {
419     thread_t td = arg;
420
421     /*
422      * Protected by critical section held by IPI dispatch
423      */
424     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
425 }
426
427 /*
428  * lwkt core thread structural initialization.
429  *
430  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
431  */
432 void
433 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
434                 struct globaldata *gd)
435 {
436     globaldata_t mygd = mycpu;
437
438     bzero(td, sizeof(struct thread));
439     td->td_kstack = stack;
440     td->td_kstack_size = stksize;
441     td->td_flags = flags;
442     td->td_mpflags = 0;
443     td->td_type = TD_TYPE_GENERIC;
444     td->td_gd = gd;
445     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
446     td->td_critcount = 1;
447     td->td_toks_have = NULL;
448     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
449     if (lwkt_use_spin_port || (flags & TDF_FORCE_SPINPORT))
450         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport, td);
451     else
452         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
453     pmap_init_thread(td);
454     /*
455      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
456      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
457      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
458      * of gd_tdallq requires the BGL.
459      */
460     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
461         crit_enter_gd(mygd);
462         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
463         crit_exit_gd(mygd);
464     } else {
465         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
466     }
467     dsched_new_thread(td);
468 }
469
470 void
471 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
472 {
473     __va_list va;
474
475     __va_start(va, ctl);
476     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
477     __va_end(va);
478     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, td->td_comm);
479 }
480
481 /*
482  * Prevent the thread from getting destroyed.  Note that unlike PHOLD/PRELE
483  * this does not prevent the thread from migrating to another cpu so the
484  * gd_tdallq state is not protected by this.
485  */
486 void
487 lwkt_hold(thread_t td)
488 {
489     atomic_add_int(&td->td_refs, 1);
490 }
491
492 void
493 lwkt_rele(thread_t td)
494 {
495     KKASSERT(td->td_refs > 0);
496     atomic_add_int(&td->td_refs, -1);
497 }
498
499 void
500 lwkt_free_thread(thread_t td)
501 {
502     KKASSERT(td->td_refs == 0);
503     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING | TDF_PREEMPT_LOCK |
504                               TDF_RUNQ | TDF_TSLEEPQ)) == 0);
505     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
506         objcache_put(thread_cache, td);
507     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
508         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
509         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
510             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
511         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
512         td->td_kstack = NULL;
513         td->td_kstack_size = 0;
514     }
515
516     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
517 }
518
519
520 /*
521  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
522  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
523  * section to avoid races with the scheduling queue.
524  *
525  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
526  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
527  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
528  * the result is very, very fast thread switching.
529  *
530  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
531  * each priority level.  User process scheduling is a totally
532  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
533  * user process priorities.
534  *
535  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
536  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
537  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
538  *
539  * SPECIAL NOTE ON SWITCH ATOMICY: Certain operations such as thread
540  * migration and tsleep deschedule the current lwkt thread and call
541  * lwkt_switch().  In particular, the target cpu of the migration fully
542  * expects the thread to become non-runnable and can deadlock against
543  * cpusync operations if we run any IPIs prior to switching the thread out.
544  *
545  * WE MUST BE VERY CAREFUL NOT TO RUN SPLZ DIRECTLY OR INDIRECTLY IF
546  * THE CURRENT THREAD HAS BEEN DESCHEDULED!
547  */
548 void
549 lwkt_switch(void)
550 {
551     globaldata_t gd = mycpu;
552     thread_t td = gd->gd_curthread;
553     thread_t ntd;
554     int spinning = 0;
555
556     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
557     KKASSERT(td->td_flags & TDF_RUNNING);
558
559     /*
560      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
561      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
562      * kernel trap or we have paniced.
563      *
564      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
565      */
566     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
567         int savegdnest;
568         int savegdtrap;
569
570         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
571             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
572                   "fast interrupt, ipi, or hard code section, "
573                   "td %p\n",
574                   td);
575         } else {
576             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
577             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
578             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
579             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
580             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
581                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
582                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
583                         "or hard code section.\n"
584                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
585                 print_backtrace(-1);
586             }
587             lwkt_switch();
588             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
589             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
590             return;
591         }
592     }
593
594     /*
595      * Release our current user process designation if we are blocking
596      * or if a user reschedule was requested.
597      *
598      * NOTE: This function is NOT called if we are switching into or
599      *       returning from a preemption.
600      *
601      * NOTE: Releasing our current user process designation may cause
602      *       it to be assigned to another thread, which in turn will
603      *       cause us to block in the usched acquire code when we attempt
604      *       to return to userland.
605      *
606      * NOTE: On SMP systems this can be very nasty when heavy token
607      *       contention is present so we want to be careful not to
608      *       release the designation gratuitously.
609      */
610     if (td->td_release &&
611         (user_resched_wanted() || (td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0)) {
612             td->td_release(td);
613     }
614
615     /*
616      * Release all tokens
617      */
618     crit_enter_gd(gd);
619     if (TD_TOKS_HELD(td))
620             lwkt_relalltokens(td);
621
622     /*
623      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
624      * endless panic loop.
625      */
626     KASSERT(gd->gd_spinlocks == 0 || panicstr != NULL,
627             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
628              gd->gd_spinlocks));
629
630
631 #ifdef  INVARIANTS
632     if (td->td_cscount) {
633         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
634                 td);
635         if (panic_on_cscount)
636             panic("switching while mastering cpusync");
637     }
638 #endif
639
640     /*
641      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
642      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
643      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
644      * itself).
645      *
646      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
647      * out the adjustment that was made to curthread when the original
648      * was preempted.
649      */
650     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
651         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
652         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
653
654         /*
655          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
656          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
657          * at a lower priority.
658          *
659          * The interrupt may not have descheduled.
660          */
661         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) != ntd)
662             need_lwkt_resched();
663         goto havethread_preempted;
664     }
665
666     /*
667      * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
668      * schedule the target thread.
669      *
670      * Reminder: Again, we cannot afford to run any IPIs in this path if
671      * the current thread has been descheduled.
672      */
673     for (;;) {
674         clear_lwkt_resched();
675
676         /*
677          * Hotpath - pull the head of the run queue and attempt to schedule
678          * it.
679          */
680         ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
681
682         if (ntd == NULL) {
683             /*
684              * Runq is empty, switch to idle to allow it to halt.
685              */
686             ntd = &gd->gd_idlethread;
687             if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
688                 ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
689             cpu_time.cp_msg[0] = 0;
690             cpu_time.cp_stallpc = 0;
691             goto haveidle;
692         }
693
694         /*
695          * Hotpath - schedule ntd.
696          *
697          * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
698          *           always succeeds.
699          */
700         if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
701             lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops)))
702         {
703             goto havethread;
704         }
705
706         /*
707          * Coldpath (SMP only since tokens always succeed on UP)
708          *
709          * We had some contention on the thread we wanted to schedule.
710          * What we do now is try to find a thread that we can schedule
711          * in its stead.
712          *
713          * The coldpath scan does NOT rearrange threads in the run list.
714          * The lwkt_schedulerclock() will assert need_lwkt_resched() on
715          * the next tick whenever the current head is not the current thread.
716          */
717 #ifdef  INVARIANTS
718         ++ntd->td_contended;
719 #endif
720         ++gd->gd_cnt.v_token_colls;
721
722         if (fairq_bypass > 0)
723                 goto skip;
724
725         while ((ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq)) != NULL) {
726 #ifndef NO_LWKT_SPLIT_USERPRI
727                 /*
728                  * Never schedule threads returning to userland or the
729                  * user thread scheduler helper thread when higher priority
730                  * threads are present.  The runq is sorted by priority
731                  * so we can give up traversing it when we find the first
732                  * low priority thread.
733                  */
734                 if (ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED) {
735                         ntd = NULL;
736                         break;
737                 }
738 #endif
739
740                 /*
741                  * Try this one.
742                  */
743                 if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
744                     lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops))) {
745                         goto havethread;
746                 }
747 #ifdef  INVARIANTS
748                 ++ntd->td_contended;
749 #endif
750                 ++gd->gd_cnt.v_token_colls;
751         }
752
753 skip:
754         /*
755          * We exhausted the run list, meaning that all runnable threads
756          * are contested.
757          */
758         cpu_pause();
759 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
760         pthread_yield();
761 #endif
762         ntd = &gd->gd_idlethread;
763         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
764             ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
765         /* contention case, do not clear contention mask */
766
767         /*
768          * We are going to have to retry but if the current thread is not
769          * on the runq we instead switch through the idle thread to get away
770          * from the current thread.  We have to flag for lwkt reschedule
771          * to prevent the idle thread from halting.
772          *
773          * NOTE: A non-zero spinning is passed to lwkt_getalltokens() to
774          *       instruct it to deal with the potential for deadlocks by
775          *       ordering the tokens by address.
776          */
777         if ((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0) {
778             need_lwkt_resched();        /* prevent hlt */
779             goto haveidle;
780         }
781 #if defined(INVARIANTS) && defined(__x86_64__)
782         if ((read_rflags() & PSL_I) == 0) {
783                 cpu_enable_intr();
784                 panic("lwkt_switch() called with interrupts disabled");
785         }
786 #endif
787
788         /*
789          * Number iterations so far.  After a certain point we switch to
790          * a sorted-address/monitor/mwait version of lwkt_getalltokens()
791          */
792         if (spinning < 0x7FFFFFFF)
793             ++spinning;
794
795 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
796         /*
797          * lwkt_getalltokens() failed in sorted token mode, we can use
798          * monitor/mwait in this case.
799          */
800         if (spinning >= lwkt_spin_loops &&
801             (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) &&
802             lwkt_spin_monitor)
803         {
804             cpu_mmw_pause_int(&gd->gd_reqflags,
805                               (gd->gd_reqflags | RQF_SPINNING) &
806                               ~RQF_IDLECHECK_WK_MASK,
807                               cpu_mwait_spin);
808         }
809 #endif
810
811         /*
812          * We already checked that td is still scheduled so this should be
813          * safe.
814          */
815         splz_check();
816
817 #ifndef _KERNEL_VIRTUAL
818         /*
819          * This experimental resequencer is used as a fall-back to reduce
820          * hw cache line contention by placing each core's scheduler into a
821          * time-domain-multplexed slot.
822          *
823          * The resequencer is disabled by default.  It's functionality has
824          * largely been superceeded by the token algorithm which limits races
825          * to a subset of cores.
826          *
827          * The resequencer algorithm tends to break down when more than
828          * 20 cores are contending.  What appears to happen is that new
829          * tokens can be obtained out of address-sorted order by new cores
830          * while existing cores languish in long delays between retries and
831          * wind up being starved-out of the token acquisition.
832          */
833         if (lwkt_spin_reseq && spinning >= lwkt_spin_reseq) {
834             int cseq = atomic_fetchadd_int(&lwkt_cseq_windex, 1);
835             int oseq;
836
837             while ((oseq = lwkt_cseq_rindex) != cseq) {
838                 cpu_ccfence();
839 #if 1
840                 if (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) {
841                     cpu_mmw_pause_int(&lwkt_cseq_rindex, oseq, cpu_mwait_spin);
842                 } else {
843 #endif
844                     cpu_pause();
845                     cpu_lfence();
846 #if 1
847                 }
848 #endif
849             }
850             DELAY(1);
851             atomic_add_int(&lwkt_cseq_rindex, 1);
852         }
853 #endif
854         /* highest level for(;;) loop */
855     }
856
857 havethread:
858     /*
859      * Clear gd_idle_repeat when doing a normal switch to a non-idle
860      * thread.
861      */
862     ntd->td_wmesg = NULL;
863     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
864     gd->gd_idle_repeat = 0;
865
866 havethread_preempted:
867     /*
868      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
869      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
870      * already acquired it for the target.
871      */
872     ;
873 haveidle:
874     KASSERT(ntd->td_critcount,
875             ("priority problem in lwkt_switch %d %d",
876             td->td_critcount, ntd->td_critcount));
877
878     if (td != ntd) {
879         /*
880          * Execute the actual thread switch operation.  This function
881          * returns to the current thread and returns the previous thread
882          * (which may be different from the thread we switched to).
883          *
884          * We are responsible for marking ntd as TDF_RUNNING.
885          */
886         KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
887         ++switch_count;
888         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
889         ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
890         lwkt_switch_return(td->td_switch(ntd));
891         /* ntd invalid, td_switch() can return a different thread_t */
892     }
893
894     /*
895      * catch-all.  XXX is this strictly needed?
896      */
897     splz_check();
898
899     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
900     crit_exit_quick(td);
901 }
902
903 /*
904  * Called by assembly in the td_switch (thread restore path) for thread
905  * bootstrap cases which do not 'return' to lwkt_switch().
906  */
907 void
908 lwkt_switch_return(thread_t otd)
909 {
910         globaldata_t rgd;
911
912         /*
913          * Check if otd was migrating.  Now that we are on ntd we can finish
914          * up the migration.  This is a bit messy but it is the only place
915          * where td is known to be fully descheduled.
916          *
917          * We can only activate the migration if otd was migrating but not
918          * held on the cpu due to a preemption chain.  We still have to
919          * clear TDF_RUNNING on the old thread either way.
920          *
921          * We are responsible for clearing the previously running thread's
922          * TDF_RUNNING.
923          */
924         if ((rgd = otd->td_migrate_gd) != NULL &&
925             (otd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0) {
926                 KKASSERT((otd->td_flags & (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING)) ==
927                          (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING));
928                 otd->td_migrate_gd = NULL;
929                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
930                 lwkt_send_ipiq(rgd, lwkt_setcpu_remote, otd);
931         } else {
932                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
933         }
934
935         /*
936          * Final exit validations (see lwp_wait()).  Note that otd becomes
937          * invalid the *instant* we set TDF_MP_EXITSIG.
938          */
939         while (otd->td_flags & TDF_EXITING) {
940                 u_int mpflags;
941
942                 mpflags = otd->td_mpflags;
943                 cpu_ccfence();
944
945                 if (mpflags & TDF_MP_EXITWAIT) {
946                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
947                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
948                                 wakeup(otd);
949                                 break;
950                         }
951                 } else {
952                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
953                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
954                                 wakeup(otd);
955                                 break;
956                         }
957                 }
958         }
959 }
960
961 /*
962  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
963  * can only occur if our only critical section is the one that we were called
964  * with, the relative priority of the target thread is higher, and the target
965  * thread holds no tokens.  This also only works if we are not holding any
966  * spinlocks (obviously).
967  *
968  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
969  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
970  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
971  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
972  * priority of lwkt_schedule() itself).
973  *
974  * Preemption is typically limited to interrupt threads.
975  *
976  * Operation works in a fairly straight-forward manner.  The normal
977  * scheduling code is bypassed and we switch directly to the target
978  * thread.  When the target thread attempts to block or switch away
979  * code at the base of lwkt_switch() will switch directly back to our
980  * thread.  Our thread is able to retain whatever tokens it holds and
981  * if the target needs one of them the target will switch back to us
982  * and reschedule itself normally.
983  */
984 void
985 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
986 {
987     struct globaldata *gd = mycpu;
988     thread_t xtd;
989     thread_t td;
990     int save_gd_intr_nesting_level;
991
992     /*
993      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
994      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
995      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
996      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
997      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
998      *
999      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
1000      * inherit our critical section?  I dunno yet).
1001      */
1002     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
1003
1004     td = gd->gd_curthread;
1005     if (preempt_enable == 0) {
1006         ++preempt_miss;
1007         return;
1008     }
1009     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
1010         ++preempt_miss;
1011         return;
1012     }
1013     if (td->td_critcount > critcount) {
1014         ++preempt_miss;
1015         return;
1016     }
1017     if (td->td_cscount) {
1018         ++preempt_miss;
1019         return;
1020     }
1021     if (ntd->td_gd != gd) {
1022         ++preempt_miss;
1023         return;
1024     }
1025     /*
1026      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
1027      * td_critcount.
1028      *
1029      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
1030      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
1031      * is no need to support it.
1032      */
1033     KKASSERT(gd->gd_spinlocks == 0);
1034
1035     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
1036         ++preempt_miss;
1037         return;
1038     }
1039     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1040         ++preempt_weird;
1041         return;
1042     }
1043     if (ntd->td_preempted) {
1044         ++preempt_hit;
1045         return;
1046     }
1047     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
1048
1049     /*
1050      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
1051      * call need_lwkt_resched().
1052      *
1053      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
1054      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
1055      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
1056      *
1057      * A preemption must switch back to the original thread, assert the
1058      * case.
1059      */
1060     ++preempt_hit;
1061     ntd->td_preempted = td;
1062     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1063     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1064     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1065     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1066
1067     KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
1068     ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
1069     xtd = td->td_switch(ntd);
1070     KKASSERT(xtd == ntd);
1071     lwkt_switch_return(xtd);
1072     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1073
1074     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1075     ntd->td_preempted = NULL;
1076     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1077 }
1078
1079 /*
1080  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1081  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1082  * section.
1083  *
1084  * (self contained on a per cpu basis)
1085  */
1086 void
1087 splz_check(void)
1088 {
1089     globaldata_t gd = mycpu;
1090     thread_t td = gd->gd_curthread;
1091
1092     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1093         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1094         td->td_nest_count < 2)
1095     {
1096         splz();
1097     }
1098 }
1099
1100 /*
1101  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1102  * been tested but td_critcount has not.
1103  *
1104  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1105  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1106  *
1107  * NOTE: gd->gd_spinlocks is implied to be 0 when td_critcount is 0.
1108  */
1109 void
1110 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1111 {
1112     globaldata_t gd = td->td_gd;
1113
1114     if (td->td_critcount == 0 &&
1115         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1116         td->td_nest_count < 2)
1117     {
1118         splz();
1119     }
1120 }
1121
1122 /*
1123  * Drivers which set up processing co-threads can call this function to
1124  * run the co-thread at a higher priority and to allow it to preempt
1125  * normal threads.
1126  */
1127 void
1128 lwkt_set_interrupt_support_thread(void)
1129 {
1130         thread_t td = curthread;
1131
1132         lwkt_setpri_self(TDPRI_INT_SUPPORT);
1133         td->td_flags |= TDF_INTTHREAD;
1134         td->td_preemptable = lwkt_preempt;
1135 }
1136
1137
1138 /*
1139  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1140  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1141  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1142  * (curthread) continues running in the released state.
1143  */
1144 void
1145 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1146 {
1147     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1148
1149 #ifndef NO_LWKT_SPLIT_USERPRI
1150     td->td_release = NULL;
1151     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1152 #endif
1153
1154     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1155 }
1156
1157
1158 /*
1159  * This implements a LWKT yield, allowing a kernel thread to yield to other
1160  * kernel threads at the same or higher priority.  This function can be
1161  * called in a tight loop and will typically only yield once per tick.
1162  *
1163  * Most kernel threads run at the same priority in order to allow equal
1164  * sharing.
1165  *
1166  * (self contained on a per cpu basis)
1167  */
1168 void
1169 lwkt_yield(void)
1170 {
1171     globaldata_t gd = mycpu;
1172     thread_t td = gd->gd_curthread;
1173
1174     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1175         splz();
1176     if (lwkt_resched_wanted()) {
1177         lwkt_schedule_self(curthread);
1178         lwkt_switch();
1179     }
1180 }
1181
1182 /*
1183  * The quick version processes pending interrupts and higher-priority
1184  * LWKT threads but will not round-robin same-priority LWKT threads.
1185  *
1186  * When called while attempting to return to userland the only same-pri
1187  * threads are the ones which have already tried to become the current
1188  * user process.
1189  */
1190 void
1191 lwkt_yield_quick(void)
1192 {
1193     globaldata_t gd = mycpu;
1194     thread_t td = gd->gd_curthread;
1195
1196     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1197         splz();
1198     if (lwkt_resched_wanted()) {
1199         crit_enter();
1200         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1201             clear_lwkt_resched();
1202         } else {
1203             lwkt_schedule_self(curthread);
1204             lwkt_switch();
1205         }
1206         crit_exit();
1207     }
1208 }
1209
1210 /*
1211  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1212  *
1213  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1214  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1215  * switch to other processes by releasing.
1216  *
1217  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1218  * if no yield is determined to be needed.
1219  */
1220 void
1221 lwkt_user_yield(void)
1222 {
1223     globaldata_t gd = mycpu;
1224     thread_t td = gd->gd_curthread;
1225
1226     /*
1227      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1228      * section.
1229      */
1230     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1231         splz();
1232
1233     /*
1234      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1235      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1236      * quantum has run out.
1237      */
1238     if (lwkt_resched_wanted() ||
1239         user_resched_wanted())
1240     {
1241         lwkt_switch();
1242     }
1243
1244 #if 0
1245     /*
1246      * Reacquire the current process if we are released.
1247      *
1248      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1249      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1250      */
1251     if (td->td_release == NULL && lp) {
1252         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1253         td->td_release = lwkt_passive_release;
1254         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1255     }
1256 #endif
1257 }
1258
1259 /*
1260  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1261  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1262  *
1263  * We have a little helper inline function which does additional work after
1264  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1265  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1266  * to userland until it has processed higher priority threads).
1267  *
1268  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1269  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1270  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1271  */
1272 static __inline
1273 void
1274 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount)
1275 {
1276     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1277         if (ntd->td_preemptable) {
1278             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1279         }
1280     }
1281 }
1282
1283 static __inline
1284 void
1285 _lwkt_schedule(thread_t td)
1286 {
1287     globaldata_t mygd = mycpu;
1288
1289     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1290             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1291     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
1292     crit_enter_gd(mygd);
1293     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1294              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1295
1296     if (td == mygd->gd_curthread) {
1297         _lwkt_enqueue(td);
1298     } else {
1299         /*
1300          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1301          * critical section).  If we do not own the thread there might
1302          * be a race but the target cpu will deal with it.
1303          */
1304         if (td->td_gd == mygd) {
1305             _lwkt_enqueue(td);
1306             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1307         } else {
1308             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1309         }
1310     }
1311     crit_exit_gd(mygd);
1312 }
1313
1314 void
1315 lwkt_schedule(thread_t td)
1316 {
1317     _lwkt_schedule(td);
1318 }
1319
1320 void
1321 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)    /* XXX not impl */
1322 {
1323     _lwkt_schedule(td);
1324 }
1325
1326 /*
1327  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1328  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1329  *
1330  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1331  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1332  */
1333 static void
1334 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1335 {
1336     thread_t td = curthread;
1337     thread_t ntd = arg;
1338
1339     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1340         crit_exit_noyield(td);
1341         _lwkt_schedule(ntd);
1342         crit_enter_quick(td);
1343     } else {
1344         _lwkt_schedule(ntd);
1345     }
1346 }
1347
1348 /*
1349  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1350  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1351  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1352  *
1353  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1354  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1355  *
1356  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1357  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1358  *
1359  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1360  */
1361 void
1362 lwkt_giveaway(thread_t td)
1363 {
1364     globaldata_t gd = mycpu;
1365
1366     crit_enter_gd(gd);
1367     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1368         tsleep_remove(td);
1369     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1370     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1371     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1372     crit_exit_gd(gd);
1373 }
1374
1375 void
1376 lwkt_acquire(thread_t td)
1377 {
1378     globaldata_t gd;
1379     globaldata_t mygd;
1380     int retry = 10000000;
1381
1382     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1383     gd = td->td_gd;
1384     mygd = mycpu;
1385     if (gd != mycpu) {
1386         cpu_lfence();
1387         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1388         crit_enter_gd(mygd);
1389         DEBUG_PUSH_INFO("lwkt_acquire");
1390         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1391             lwkt_process_ipiq();
1392             cpu_lfence();
1393             if (--retry == 0) {
1394                 kprintf("lwkt_acquire: stuck: td %p td->td_flags %08x\n",
1395                         td, td->td_flags);
1396                 retry = 10000000;
1397             }
1398 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
1399             pthread_yield();
1400 #endif
1401         }
1402         DEBUG_POP_INFO();
1403         cpu_mfence();
1404         td->td_gd = mygd;
1405         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1406         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1407         crit_exit_gd(mygd);
1408     } else {
1409         crit_enter_gd(mygd);
1410         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1411         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1412         crit_exit_gd(mygd);
1413     }
1414 }
1415
1416 /*
1417  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1418  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1419  * asynchronous.  
1420  *
1421  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1422  */
1423 void
1424 lwkt_deschedule(thread_t td)
1425 {
1426     crit_enter();
1427     if (td == curthread) {
1428         _lwkt_dequeue(td);
1429     } else {
1430         if (td->td_gd == mycpu) {
1431             _lwkt_dequeue(td);
1432         } else {
1433             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1434         }
1435     }
1436     crit_exit();
1437 }
1438
1439 /*
1440  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1441  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1442  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1443  */
1444 void
1445 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1446 {
1447     if (td->td_pri != pri) {
1448         KKASSERT(pri >= 0);
1449         crit_enter();
1450         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1451             KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1452             _lwkt_dequeue(td);
1453             td->td_pri = pri;
1454             _lwkt_enqueue(td);
1455         } else {
1456             td->td_pri = pri;
1457         }
1458         crit_exit();
1459     }
1460 }
1461
1462 /*
1463  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1464  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1465  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1466  * cpu.
1467  *
1468  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1469  * and before the thread is initially scheduled.
1470  */
1471 void
1472 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1473 {
1474     KKASSERT(pri >= 0);
1475     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1476     td->td_pri = pri;
1477 }
1478
1479 void
1480 lwkt_setpri_self(int pri)
1481 {
1482     thread_t td = curthread;
1483
1484     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1485     crit_enter();
1486     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1487         _lwkt_dequeue(td);
1488         td->td_pri = pri;
1489         _lwkt_enqueue(td);
1490     } else {
1491         td->td_pri = pri;
1492     }
1493     crit_exit();
1494 }
1495
1496 /*
1497  * hz tick scheduler clock for LWKT threads
1498  */
1499 void
1500 lwkt_schedulerclock(thread_t td)
1501 {
1502     globaldata_t gd = td->td_gd;
1503     thread_t xtd;
1504
1505     if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1506         /*
1507          * If the current thread is at the head of the runq shift it to the
1508          * end of any equal-priority threads and request a LWKT reschedule
1509          * if it moved.
1510          *
1511          * Ignore upri in this situation.  There will only be one user thread
1512          * in user mode, all others will be user threads running in kernel
1513          * mode and we have to make sure they get some cpu.
1514          */
1515         xtd = TAILQ_NEXT(td, td_threadq);
1516         if (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri) {
1517             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1518             while (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri)
1519                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
1520             if (xtd)
1521                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
1522             else
1523                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1524             need_lwkt_resched();
1525         }
1526     } else {
1527         /*
1528          * If we scheduled a thread other than the one at the head of the
1529          * queue always request a reschedule every tick.
1530          */
1531         need_lwkt_resched();
1532     }
1533 }
1534
1535 /*
1536  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1537  *
1538  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu
1539  * and setting td_migrate_gd.  The lwkt_switch() code will detect that the
1540  * 'old' thread wants to migrate after it has been completely switched out
1541  * and will complete the migration.
1542  *
1543  * TDF_MIGRATING prevents scheduling races while the thread is being migrated.
1544  *
1545  * We must be sure to release our current process designation (if a user
1546  * process) before clearing out any tsleepq we are on because the release
1547  * code may re-add us.
1548  *
1549  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1550  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1551  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1552  */
1553
1554 void
1555 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1556 {
1557     thread_t td = curthread;
1558
1559     if (td->td_gd != rgd) {
1560         crit_enter_quick(td);
1561
1562         if (td->td_release)
1563             td->td_release(td);
1564         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1565             tsleep_remove(td);
1566
1567         /*
1568          * Set TDF_MIGRATING to prevent a spurious reschedule while we are
1569          * trying to deschedule ourselves and switch away, then deschedule
1570          * ourself, remove us from tdallq, and set td_migrate_gd.  Finally,
1571          * call lwkt_switch() to complete the operation.
1572          */
1573         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1574         lwkt_deschedule_self(td);
1575         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1576         td->td_migrate_gd = rgd;
1577         lwkt_switch();
1578
1579         /*
1580          * We are now on the target cpu
1581          */
1582         KKASSERT(rgd == mycpu);
1583         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1584         crit_exit_quick(td);
1585     }
1586 }
1587
1588 void
1589 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1590 {
1591         globaldata_t rgd;
1592
1593         rgd = globaldata_find(cpuid);
1594         lwkt_setcpu_self(rgd);
1595 }
1596
1597 /*
1598  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1599  * do not have to enter another one).
1600  *
1601  * The thread (td) has already been completely descheduled from the
1602  * originating cpu and we can simply assert the case.  The thread is
1603  * assigned to the new cpu and enqueued.
1604  *
1605  * The thread will re-add itself to tdallq when it resumes execution.
1606  */
1607 static void
1608 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1609 {
1610     thread_t td = arg;
1611     globaldata_t gd = mycpu;
1612
1613     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1614     td->td_gd = gd;
1615     cpu_mfence();
1616     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1617     KKASSERT(td->td_migrate_gd == NULL);
1618     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1619             (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1620     _lwkt_enqueue(td);
1621 }
1622
1623 struct lwp *
1624 lwkt_preempted_proc(void)
1625 {
1626     thread_t td = curthread;
1627     while (td->td_preempted)
1628         td = td->td_preempted;
1629     return(td->td_lwp);
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1634  * with proc0 - ie: kernel only.
1635  *
1636  * If the cpu is not specified one will be selected.  In the future
1637  * specifying a cpu of -1 will enable kernel thread migration between
1638  * cpus.
1639  */
1640 int
1641 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1642             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1643 {
1644     thread_t td;
1645     __va_list ap;
1646
1647     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1648                            tdflags);
1649     if (tdp)
1650         *tdp = td;
1651     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1652
1653     /*
1654      * Set up arg0 for 'ps' etc
1655      */
1656     __va_start(ap, fmt);
1657     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1658     __va_end(ap);
1659
1660     /*
1661      * Schedule the thread to run
1662      */
1663     if (td->td_flags & TDF_NOSTART)
1664         td->td_flags &= ~TDF_NOSTART;
1665     else
1666         lwkt_schedule(td);
1667     return 0;
1668 }
1669
1670 /*
1671  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1672  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1673  * uses a different reaping mechanism.
1674  */
1675 void
1676 lwkt_exit(void)
1677 {
1678     thread_t td = curthread;
1679     thread_t std;
1680     globaldata_t gd;
1681
1682     /*
1683      * Do any cleanup that might block here
1684      */
1685     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1686         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1687     biosched_done(td);
1688     dsched_exit_thread(td);
1689
1690     /*
1691      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1692      * until we can get it freed.
1693      *
1694      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1695      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1696      *
1697      * We are the current thread so of course our own TDF_RUNNING bit will
1698      * be set, so unlike the lwp reap code we don't wait for it to clear.
1699      */
1700     gd = mycpu;
1701     crit_enter_quick(td);
1702     for (;;) {
1703         if (td->td_refs) {
1704             tsleep(td, 0, "tdreap", 1);
1705             continue;
1706         }
1707         if ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1708             KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1709             gd->gd_freetd = NULL;
1710             objcache_put(thread_cache, std);
1711             continue;
1712         }
1713         break;
1714     }
1715
1716     /*
1717      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1718      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1719      * up with a stale td on the tsleepq.
1720      *
1721      * None of this may block, the critical section is the only thing
1722      * protecting tdallq and the only thing preventing new lwkt_hold()
1723      * thread refs now.
1724      */
1725     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1726         tsleep_remove(td);
1727     lwkt_deschedule_self(td);
1728     lwkt_remove_tdallq(td);
1729     KKASSERT(td->td_refs == 0);
1730
1731     /*
1732      * Final cleanup
1733      */
1734     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1735     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1736         gd->gd_freetd = td;
1737     cpu_thread_exit();
1738 }
1739
1740 void
1741 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1742 {
1743     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1744     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1745 }
1746
1747 /*
1748  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1749  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1750  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1751  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1752  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1753  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1754  * procedure instead of duplicating it.
1755  *
1756  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1757  * smaller code size.
1758  */
1759 void
1760 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1761 {
1762     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1763 }
1764
1765 void
1766 crit_panic(void)
1767 {
1768     thread_t td = curthread;
1769     int lcrit = td->td_critcount;
1770
1771     td->td_critcount = 0;
1772     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1773     /* NOT REACHED */
1774 }
1775
1776 /*
1777  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1778  * process the IPIQ while stopped, even if we were stopped while in a critical
1779  * section (XXX).
1780  *
1781  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1782  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1783  * stopped.
1784  */
1785 void
1786 lwkt_smp_stopped(void)
1787 {
1788     globaldata_t gd = mycpu;
1789
1790     crit_enter_gd(gd);
1791     if (dumping) {
1792         lwkt_process_ipiq();
1793         splz();
1794     } else {
1795         lwkt_process_ipiq();
1796     }
1797     crit_exit_gd(gd);
1798 }