sys/kern/kern_clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
   3  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
   4  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   5  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   6  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   7  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   8  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   9  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  40  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  41  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.14 2004/01/07 20:21:46 dillon Exp $
  42  */
  43
  44 #include "opt_ntp.h"
  45
  46 #include <sys/param.h>
  47 #include <sys/systm.h>
  48 #include <sys/dkstat.h>
  49 #include <sys/callout.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/proc.h>
  52 #include <sys/malloc.h>
  53 #include <sys/resourcevar.h>
  54 #include <sys/signalvar.h>
  55 #include <sys/timex.h>
  56 #include <sys/timepps.h>
  57 #include <vm/vm.h>
  58 #include <sys/lock.h>
  59 #include <vm/pmap.h>
  60 #include <vm/vm_map.h>
  61 #include <sys/sysctl.h>
  62 #include <sys/thread2.h>
  63
  64 #include <machine/cpu.h>
  65 #include <machine/limits.h>
  66 #include <machine/smp.h>
  67
  68 #ifdef GPROF
  69 #include <sys/gmon.h>
  70 #endif
  71
  72 #ifdef DEVICE_POLLING
  73 extern void init_device_poll(void);
  74 extern void hardclock_device_poll(void);
  75 #endif /* DEVICE_POLLING */
  76
  77 /*
  78  * Number of timecounters used to implement stable storage
  79  */
  80 #ifndef NTIMECOUNTER
  81 #define NTIMECOUNTER    5
  82 #endif
  83
  84 static MALLOC_DEFINE(M_TIMECOUNTER, "timecounter",
  85         "Timecounter stable storage");
  86
  87 static void initclocks (void *dummy);
  88 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
  89
  90 static void tco_forward (int force);
  91 static void tco_setscales (struct timecounter *tc);
  92 static __inline unsigned tco_delta (struct timecounter *tc);
  93
  94 /*
  95  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
  96  * Note that cp_time[] counts in microseconds, but most userland programs
  97  * just compare relative times against the total by delta.
  98  */
  99 long cp_time[CPUSTATES];
 100
 101 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
 102     "LU", "CPU time statistics");
 103
 104 long tk_cancc;
 105 long tk_nin;
 106 long tk_nout;
 107 long tk_rawcc;
 108
 109 time_t time_second;
 110
 111 struct  timeval boottime;
 112 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 113     &boottime, timeval, "System boottime");
 114
 115 /*
 116  * Which update policy to use.
 117  *   0 - every tick, bad hardware may fail with "calcru negative..."
 118  *   1 - more resistent to the above hardware, but less efficient.
 119  */
 120 static int tco_method;
 121
 122 /*
 123  * Implement a dummy timecounter which we can use until we get a real one
 124  * in the air.  This allows the console and other early stuff to use
 125  * timeservices.
 126  */
 127
 128 static unsigned
 129 dummy_get_timecount(struct timecounter *tc)
 130 {
 131         static unsigned now;
 132         return (++now);
 133 }
 134
 135 static struct timecounter dummy_timecounter = {
 136         dummy_get_timecount,
 137         0,
 138         ~0u,
 139         1000000,
 140         "dummy"
 141 };
 142
 143 struct timecounter *timecounter = &dummy_timecounter;
 144
 145 /*
 146  * Clock handling routines.
 147  *
 148  * This code is written to operate with two timers that run independently of
 149  * each other.
 150  *
 151  * The main timer, running hz times per second, is used to trigger interval
 152  * timers, timeouts and rescheduling as needed.
 153  *
 154  * The second timer handles kernel and user profiling,
 155  * and does resource use estimation.  If the second timer is programmable,
 156  * it is randomized to avoid aliasing between the two clocks.  For example,
 157  * the randomization prevents an adversary from always giving up the cpu
 158  * just before its quantum expires.  Otherwise, it would never accumulate
 159  * cpu ticks.  The mean frequency of the second timer is stathz.
 160  *
 161  * If no second timer exists, stathz will be zero; in this case we drive
 162  * profiling and statistics off the main clock.  This WILL NOT be accurate;
 163  * do not do it unless absolutely necessary.
 164  *
 165  * The statistics clock may (or may not) be run at a higher rate while
 166  * profiling.  This profile clock runs at profhz.  We require that profhz
 167  * be an integral multiple of stathz.
 168  *
 169  * If the statistics clock is running fast, it must be divided by the ratio
 170  * profhz/stathz for statistics.  (For profiling, every tick counts.)
 171  *
 172  * Time-of-day is maintained using a "timecounter", which may or may
 173  * not be related to the hardware generating the above mentioned
 174  * interrupts.
 175  */
 176
 177 int     stathz;
 178 int     profhz;
 179 static int profprocs;
 180 int     ticks;
 181 static int psticks;                     /* profiler ticks */
 182 static int psdiv;                       /* prof / stat divider */
 183 int     psratio;                        /* ratio: prof * 100 / stat */
 184
 185 /*
 186  * Initialize clock frequencies and start both clocks running.
 187  */
 188 /* ARGSUSED*/
 189 static void
 190 initclocks(dummy)
 191         void *dummy;
 192 {
 193         int i;
 194
 195         /*
 196          * Set divisors to 1 (normal case) and let the machine-specific
 197          * code do its bit.
 198          */
 199         psdiv = 1;
 200         cpu_initclocks();
 201
 202 #ifdef DEVICE_POLLING
 203         init_device_poll();
 204 #endif
 205
 206         /*
 207          * Compute profhz/stathz, and fix profhz if needed.
 208          */
 209         i = stathz ? stathz : hz;
 210         if (profhz == 0)
 211                 profhz = i;
 212         psratio = profhz / i;
 213 }
 214
 215 /*
 216  * The real-time timer, interrupting hz times per second.  This is implemented
 217  * as a FAST interrupt so it is in the context of the thread it interrupted,
 218  * and not in an interrupt thread.  YYY needs help.
 219  */
 220 void
 221 hardclock(frame)
 222         struct clockframe *frame;
 223 {
 224         struct proc *p;
 225
 226         p = curproc;
 227         if (p) {
 228                 struct pstats *pstats;
 229
 230                 /*
 231                  * Run current process's virtual and profile time, as needed.
 232                  */
 233                 pstats = p->p_stats;
 234                 if (CLKF_USERMODE(frame) &&
 235                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 236                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 237                         psignal(p, SIGVTALRM);
 238                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 239                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 240                         psignal(p, SIGPROF);
 241         }
 242
 243 #if 0 /* SMP and BETTER_CLOCK */
 244         forward_hardclock(pscnt);
 245 #endif
 246
 247         /*
 248          * If no separate statistics clock is available, run it from here.
 249          */
 250         if (stathz == 0)
 251                 statclock(frame);
 252
 253         tco_forward(0);
 254         ticks++;
 255
 256 #ifdef DEVICE_POLLING
 257         hardclock_device_poll();        /* this is very short and quick */
 258 #endif /* DEVICE_POLLING */
 259
 260         /*
 261          * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
 262          * relatively high clock interrupt priority any longer than necessary.
 263          */
 264         if (TAILQ_FIRST(&callwheel[ticks & callwheelmask]) != NULL) {
 265                 setsoftclock();
 266         } else if (softticks + 1 == ticks) {
 267                 ++softticks;
 268         }
 269 }
 270
 271 /*
 272  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 273  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 274  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 275  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 276  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 277  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 278  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 279  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 280  *
 281  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 282  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 283  * the unsigned long maximum.
 284  *
 285  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 286  * 10ms ticks is 248 days.
 287  */
 288 int
 289 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 290 {
 291         int ticks;
 292         long sec, usec;
 293
 294         sec = tv->tv_sec;
 295         usec = tv->tv_usec;
 296         if (usec < 0) {
 297                 sec--;
 298                 usec += 1000000;
 299         }
 300         if (sec < 0) {
 301 #ifdef DIAGNOSTIC
 302                 if (usec > 0) {
 303                         sec++;
 304                         usec -= 1000000;
 305                 }
 306                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 307                        sec, usec);
 308 #endif
 309                 ticks = 1;
 310         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 311                 ticks = (int)(sec * hz +
 312                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 313         } else {
 314                 ticks = INT_MAX;
 315         }
 316         return (ticks);
 317 }
 318
 319 /*
 320  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 321  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 322  * of ticks will not result in a late return.
 323  *
 324  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 325  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 326  * 1 tick.
 327  *
 328  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 329  * 10ms ticks is 248 days.
 330  */
 331 int
 332 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 333 {
 334         int ticks;
 335         long sec;
 336
 337         sec = tv->tv_sec;
 338         if (sec <= INT_MAX / hz)
 339                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 340         else
 341                 ticks = INT_MAX;
 342         return (ticks);
 343 }
 344
 345
 346 /*
 347  * Start profiling on a process.
 348  *
 349  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 350  * keeps the profile clock running constantly.
 351  */
 352 void
 353 startprofclock(p)
 354         struct proc *p;
 355 {
 356         int s;
 357
 358         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 359                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 360                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 361                         s = splstatclock();
 362                         psdiv = psratio;
 363                         setstatclockrate(profhz);
 364                         splx(s);
 365                 }
 366         }
 367 }
 368
 369 /*
 370  * Stop profiling on a process.
 371  */
 372 void
 373 stopprofclock(p)
 374         struct proc *p;
 375 {
 376         int s;
 377
 378         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 379                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 380                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 381                         s = splstatclock();
 382                         psdiv = 1;
 383                         setstatclockrate(stathz);
 384                         splx(s);
 385                 }
 386         }
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Statistics clock.  Grab profile sample, and if divider reaches 0,
 391  * do process and kernel statistics.  Most of the statistics are only
 392  * used by user-level statistics programs.  The main exceptions are
 393  * p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and p->p_estcpu.
 394  *
 395  * The statclock should be called from an exclusive, fast interrupt,
 396  * so the context should be the thread/process that got interrupted and
 397  * not an interrupt thread.
 398  */
 399 void
 400 statclock(frame)
 401         struct clockframe *frame;
 402 {
 403 #ifdef GPROF
 404         struct gmonparam *g;
 405         int i;
 406 #endif
 407         thread_t td;
 408         struct pstats *pstats;
 409         long rss;
 410         struct rusage *ru;
 411         struct vmspace *vm;
 412         struct proc *p;
 413         int bump;
 414         struct timeval tv;
 415         struct timeval *stv;
 416
 417         /*
 418          * How big was our timeslice relative to the last time
 419          */
 420         microuptime(&tv);
 421         stv = &mycpu->gd_stattv;
 422         if (stv->tv_sec == 0) {
 423             bump = 1;
 424         } else {
 425             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 426                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 427             if (bump < 0)
 428                 bump = 0;
 429             if (bump > 1000000)
 430                 bump = 1000000;
 431         }
 432         *stv = tv;
 433
 434         td = curthread;
 435         p = td->td_proc;
 436
 437         if (CLKF_USERMODE(frame)) {
 438                 /*
 439                  * Came from userland, handle user time and deal with
 440                  * possible process.
 441                  */
 442                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 443                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 444 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
 445                 if (stathz != 0)
 446                         forward_statclock(pscnt);
 447 #endif
 448                 td->td_uticks += bump;
 449
 450                 /*
 451                  * Charge the time as appropriate
 452                  */
 453                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 454                         cp_time[CP_NICE] += bump;
 455                 else
 456                         cp_time[CP_USER] += bump;
 457         } else {
 458 #ifdef GPROF
 459                 /*
 460                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 461                  */
 462                 g = &_gmonparam;
 463                 if (g->state == GMON_PROF_ON) {
 464                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 465                         if (i < g->textsize) {
 466                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 467                                 g->kcount[i]++;
 468                         }
 469                 }
 470 #endif
 471 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
 472                 if (stathz != 0)
 473                         forward_statclock(pscnt);
 474 #endif
 475                 /*
 476                  * Came from kernel mode, so we were:
 477                  * - handling an interrupt,
 478                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 479                  *   user process, or
 480                  * - spinning in the idle loop.
 481                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 482                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 483                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 484                  * so that we know how much of its real time was spent
 485                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 486                  */
 487                 if (CLKF_INTR(frame))
 488                         td->td_iticks += bump;
 489                 else
 490                         td->td_sticks += bump;
 491
 492                 if (CLKF_INTR(frame)) {
 493                         cp_time[CP_INTR] += bump;
 494                 } else {
 495                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 496                                 cp_time[CP_IDLE] += bump;
 497                         else
 498                                 cp_time[CP_SYS] += bump;
 499                 }
 500         }
 501
 502         /*
 503          * bump psticks and check against gd_psticks.  When we hit the
 504          * 1*hz mark (psdiv ticks) we do the more expensive stuff.  If
 505          * psdiv changes we reset everything to avoid confusion.
 506          */
 507         ++psticks;
 508         if (psticks < mycpu->gd_psticks && psdiv == mycpu->gd_psdiv)
 509                 return;
 510
 511         mycpu->gd_psdiv = psdiv;
 512         mycpu->gd_psticks = psticks + psdiv;
 513
 514         /*
 515          * XXX YYY DragonFly... need to rewrite all of this,
 516          * only schedclock is distributed at the moment
 517          */
 518         schedclock(NULL);
 519 #ifdef SMP
 520         if (smp_started && invltlb_ok && !cold && !panicstr) /* YYY */
 521                 lwkt_send_ipiq_mask(mycpu->gd_other_cpus, schedclock, NULL);
 522 #endif
 523
 524         if (p != NULL) {
 525                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 526                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 527                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 528                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 529                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 530                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 531                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 532                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 533                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 534                                 ru->ru_maxrss = rss;
 535                 }
 536         }
 537 }
 538
 539 /*
 540  * Return information about system clocks.
 541  */
 542 static int
 543 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 544 {
 545         struct clockinfo clkinfo;
 546         /*
 547          * Construct clockinfo structure.
 548          */
 549         clkinfo.hz = hz;
 550         clkinfo.tick = tick;
 551         clkinfo.tickadj = tickadj;
 552         clkinfo.profhz = profhz;
 553         clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
 554         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 555 }
 556
 557 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 558         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 559
 560 static __inline unsigned
 561 tco_delta(struct timecounter *tc)
 562 {
 563
 564         return ((tc->tc_get_timecount(tc) - tc->tc_offset_count) &
 565             tc->tc_counter_mask);
 566 }
 567
 568 /*
 569  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 570  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 571  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 572  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 573  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 574  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 575  * time relative to system boot, these are well suited for time
 576  * interval measurements.
 577  */
 578
 579 void
 580 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 581 {
 582         struct timecounter *tc;
 583
 584         if (!tco_method) {
 585                 tc = timecounter;
 586                 *tvp = tc->tc_microtime;
 587         } else {
 588                 microtime(tvp);
 589         }
 590 }
 591
 592 void
 593 getnanotime(struct timespec *tsp)
 594 {
 595         struct timecounter *tc;
 596
 597         if (!tco_method) {
 598                 tc = timecounter;
 599                 *tsp = tc->tc_nanotime;
 600         } else {
 601                 nanotime(tsp);
 602         }
 603 }
 604
 605 void
 606 microtime(struct timeval *tv)
 607 {
 608         struct timecounter *tc;
 609         int delta;
 610
 611         tc = timecounter;
 612         crit_enter();
 613         delta = tco_delta(tc);
 614         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 615         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 616         tv->tv_usec += ((u_int64_t)delta * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 617         crit_exit();
 618         tv->tv_usec += boottime.tv_usec;
 619         tv->tv_sec += boottime.tv_sec;
 620         while (tv->tv_usec < 0) {
 621                 tv->tv_usec += 1000000;
 622                 if (tv->tv_sec > 0)
 623                         tv->tv_sec--;
 624         }
 625         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 626                 tv->tv_usec -= 1000000;
 627                 tv->tv_sec++;
 628         }
 629 }
 630
 631 void
 632 nanotime(struct timespec *ts)
 633 {
 634         unsigned count;
 635         u_int64_t delta;
 636         struct timecounter *tc;
 637
 638         tc = timecounter;
 639         crit_enter();
 640         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 641         count = tco_delta(tc);
 642         delta = tc->tc_offset_nano;
 643         crit_exit();
 644         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 645         delta >>= 32;
 646         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 647         delta += boottime.tv_usec * 1000;
 648         ts->tv_sec += boottime.tv_sec;
 649         while (delta < 0) {
 650                 delta += 1000000000;
 651                 if (ts->tv_sec > 0)
 652                         ts->tv_sec--;
 653         }
 654         while (delta >= 1000000000) {
 655                 delta -= 1000000000;
 656                 ts->tv_sec++;
 657         }
 658         ts->tv_nsec = delta;
 659 }
 660
 661 void
 662 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 663 {
 664         struct timecounter *tc;
 665
 666         if (!tco_method) {
 667                 tc = timecounter;
 668                 tvp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 669                 tvp->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 670         } else {
 671                 microuptime(tvp);
 672         }
 673 }
 674
 675 void
 676 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 677 {
 678         struct timecounter *tc;
 679
 680         if (!tco_method) {
 681                 tc = timecounter;
 682                 tsp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 683                 tsp->tv_nsec = tc->tc_offset_nano >> 32;
 684         } else {
 685                 nanouptime(tsp);
 686         }
 687 }
 688
 689 void
 690 microuptime(struct timeval *tv)
 691 {
 692         struct timecounter *tc;
 693
 694         tc = timecounter;
 695         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 696         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 697         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 698         while (tv->tv_usec < 0) {
 699                 tv->tv_usec += 1000000;
 700                 if (tv->tv_sec > 0)
 701                         tv->tv_sec--;
 702         }
 703         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 704                 tv->tv_usec -= 1000000;
 705                 tv->tv_sec++;
 706         }
 707 }
 708
 709 void
 710 nanouptime(struct timespec *ts)
 711 {
 712         unsigned count;
 713         u_int64_t delta;
 714         struct timecounter *tc;
 715
 716         tc = timecounter;
 717         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 718         count = tco_delta(tc);
 719         delta = tc->tc_offset_nano;
 720         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 721         delta >>= 32;
 722         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 723         while (delta < 0) {
 724                 delta += 1000000000;
 725                 if (ts->tv_sec > 0)
 726                         ts->tv_sec--;
 727         }
 728         while (delta >= 1000000000) {
 729                 delta -= 1000000000;
 730                 ts->tv_sec++;
 731         }
 732         ts->tv_nsec = delta;
 733 }
 734
 735 static void
 736 tco_setscales(struct timecounter *tc)
 737 {
 738         u_int64_t scale;
 739
 740         scale = 1000000000LL << 32;
 741         scale += tc->tc_adjustment;
 742         scale /= tc->tc_tweak->tc_frequency;
 743         tc->tc_scale_micro = scale / 1000;
 744         tc->tc_scale_nano_f = scale & 0xffffffff;
 745         tc->tc_scale_nano_i = scale >> 32;
 746 }
 747
 748 void
 749 update_timecounter(struct timecounter *tc)
 750 {
 751         tco_setscales(tc);
 752 }
 753
 754 void
 755 init_timecounter(struct timecounter *tc)
 756 {
 757         struct timespec ts1;
 758         struct timecounter *t1, *t2, *t3;
 759         unsigned u;
 760         int i;
 761
 762         u = tc->tc_frequency / tc->tc_counter_mask;
 763         if (u > hz) {
 764                 printf("Timecounter \"%s\" frequency %lu Hz"
 765                        " -- Insufficient hz, needs at least %u\n",
 766                        tc->tc_name, (u_long) tc->tc_frequency, u);
 767                 return;
 768         }
 769
 770         tc->tc_adjustment = 0;
 771         tc->tc_tweak = tc;
 772         tco_setscales(tc);
 773         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 774         if (timecounter == &dummy_timecounter)
 775                 tc->tc_avail = tc;
 776         else {
 777                 tc->tc_avail = timecounter->tc_tweak->tc_avail;
 778                 timecounter->tc_tweak->tc_avail = tc;
 779         }
 780         MALLOC(t1, struct timecounter *, sizeof *t1, M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 781         tc->tc_other = t1;
 782         *t1 = *tc;
 783         t2 = t1;
 784         for (i = 1; i < NTIMECOUNTER; i++) {
 785                 MALLOC(t3, struct timecounter *, sizeof *t3,
 786                     M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 787                 *t3 = *tc;
 788                 t3->tc_other = t2;
 789                 t2 = t3;
 790         }
 791         t1->tc_other = t3;
 792         tc = t1;
 793
 794         printf("Timecounter \"%s\"  frequency %lu Hz\n",
 795             tc->tc_name, (u_long)tc->tc_frequency);
 796
 797         /* XXX: For now always start using the counter. */
 798         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 799         nanouptime(&ts1);
 800         tc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts1.tv_nsec << 32;
 801         tc->tc_offset_micro = ts1.tv_nsec / 1000;
 802         tc->tc_offset_sec = ts1.tv_sec;
 803         timecounter = tc;
 804 }
 805
 806 void
 807 set_timecounter(struct timespec *ts)
 808 {
 809         struct timespec ts2;
 810
 811         nanouptime(&ts2);
 812         boottime.tv_sec = ts->tv_sec - ts2.tv_sec;
 813         boottime.tv_usec = (ts->tv_nsec - ts2.tv_nsec) / 1000;
 814         if (boottime.tv_usec < 0) {
 815                 boottime.tv_usec += 1000000;
 816                 boottime.tv_sec--;
 817         }
 818         /* fiddle all the little crinkly bits around the fiords... */
 819         tco_forward(1);
 820 }
 821
 822 static void
 823 switch_timecounter(struct timecounter *newtc)
 824 {
 825         int s;
 826         struct timecounter *tc;
 827         struct timespec ts;
 828
 829         s = splclock();
 830         tc = timecounter;
 831         if (newtc->tc_tweak == tc->tc_tweak) {
 832                 splx(s);
 833                 return;
 834         }
 835         newtc = newtc->tc_tweak->tc_other;
 836         nanouptime(&ts);
 837         newtc->tc_offset_sec = ts.tv_sec;
 838         newtc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts.tv_nsec << 32;
 839         newtc->tc_offset_micro = ts.tv_nsec / 1000;
 840         newtc->tc_offset_count = newtc->tc_get_timecount(newtc);
 841         tco_setscales(newtc);
 842         timecounter = newtc;
 843         splx(s);
 844 }
 845
 846 static struct timecounter *
 847 sync_other_counter(void)
 848 {
 849         struct timecounter *tc, *tcn, *tco;
 850         unsigned delta;
 851
 852         tco = timecounter;
 853         tc = tco->tc_other;
 854         tcn = tc->tc_other;
 855         *tc = *tco;
 856         tc->tc_other = tcn;
 857         delta = tco_delta(tc);
 858         tc->tc_offset_count += delta;
 859         tc->tc_offset_count &= tc->tc_counter_mask;
 860         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_f;
 861         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_i << 32;
 862         return (tc);
 863 }
 864
 865 static void
 866 tco_forward(int force)
 867 {
 868         struct timecounter *tc, *tco;
 869         struct timeval tvt;
 870
 871         tco = timecounter;
 872         tc = sync_other_counter();
 873         /*
 874          * We may be inducing a tiny error here, the tc_poll_pps() may
 875          * process a latched count which happens after the tco_delta()
 876          * in sync_other_counter(), which would extend the previous
 877          * counters parameters into the domain of this new one.
 878          * Since the timewindow is very small for this, the error is
 879          * going to be only a few weenieseconds (as Dave Mills would
 880          * say), so lets just not talk more about it, OK ?
 881          */
 882         if (tco->tc_poll_pps)
 883                 tco->tc_poll_pps(tco);
 884         if (timedelta != 0) {
 885                 tvt = boottime;
 886                 tvt.tv_usec += tickdelta;
 887                 if (tvt.tv_usec >= 1000000) {
 888                         tvt.tv_sec++;
 889                         tvt.tv_usec -= 1000000;
 890                 } else if (tvt.tv_usec < 0) {
 891                         tvt.tv_sec--;
 892                         tvt.tv_usec += 1000000;
 893                 }
 894                 boottime = tvt;
 895                 timedelta -= tickdelta;
 896         }
 897
 898         while (tc->tc_offset_nano >= 1000000000ULL << 32) {
 899                 tc->tc_offset_nano -= 1000000000ULL << 32;
 900                 tc->tc_offset_sec++;
 901                 ntp_update_second(tc);  /* XXX only needed if xntpd runs */
 902                 tco_setscales(tc);
 903                 force++;
 904         }
 905
 906         if (tco_method && !force)
 907                 return;
 908
 909         tc->tc_offset_micro = (tc->tc_offset_nano / 1000) >> 32;
 910
 911         /* Figure out the wall-clock time */
 912         tc->tc_nanotime.tv_sec = tc->tc_offset_sec + boottime.tv_sec;
 913         tc->tc_nanotime.tv_nsec =
 914             (tc->tc_offset_nano >> 32) + boottime.tv_usec * 1000;
 915         tc->tc_microtime.tv_usec = tc->tc_offset_micro + boottime.tv_usec;
 916         while (tc->tc_nanotime.tv_nsec >= 1000000000) {
 917                 tc->tc_nanotime.tv_nsec -= 1000000000;
 918                 tc->tc_microtime.tv_usec -= 1000000;
 919                 tc->tc_nanotime.tv_sec++;
 920         }
 921         time_second = tc->tc_microtime.tv_sec = tc->tc_nanotime.tv_sec;
 922
 923         timecounter = tc;
 924 }
 925
 926 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, timecounter, CTLFLAG_RW, 0, "");
 927
 928 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, method, CTLFLAG_RW, &tco_method, 0,
 929     "This variable determines the method used for updating timecounters. "
 930     "If the default algorithm (0) fails with \"calcru negative...\" messages "
 931     "try the alternate algorithm (1) which handles bad hardware better."
 932
 933 );
 934
 935 static int
 936 sysctl_kern_timecounter_hardware(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 937 {
 938         char newname[32];
 939         struct timecounter *newtc, *tc;
 940         int error;
 941
 942         tc = timecounter->tc_tweak;
 943         strncpy(newname, tc->tc_name, sizeof(newname));
 944         error = sysctl_handle_string(oidp, &newname[0], sizeof(newname), req);
 945         if (error == 0 && req->newptr != NULL &&
 946             strcmp(newname, tc->tc_name) != 0) {
 947                 for (newtc = tc->tc_avail; newtc != tc;
 948                     newtc = newtc->tc_avail) {
 949                         if (strcmp(newname, newtc->tc_name) == 0) {
 950                                 /* Warm up new timecounter. */
 951                                 (void)newtc->tc_get_timecount(newtc);
 952
 953                                 switch_timecounter(newtc);
 954                                 return (0);
 955                         }
 956                 }
 957                 return (EINVAL);
 958         }
 959         return (error);
 960 }
 961
 962 SYSCTL_PROC(_kern_timecounter, OID_AUTO, hardware, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
 963     0, 0, sysctl_kern_timecounter_hardware, "A", "");
 964
 965
 966 int
 967 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
 968 {
 969         pps_params_t *app;
 970         struct pps_fetch_args *fapi;
 971 #ifdef PPS_SYNC
 972         struct pps_kcbind_args *kapi;
 973 #endif
 974
 975         switch (cmd) {
 976         case PPS_IOC_CREATE:
 977                 return (0);
 978         case PPS_IOC_DESTROY:
 979                 return (0);
 980         case PPS_IOC_SETPARAMS:
 981                 app = (pps_params_t *)data;
 982                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
 983                         return (EINVAL);
 984                 pps->ppsparam = *app;
 985                 return (0);
 986         case PPS_IOC_GETPARAMS:
 987                 app = (pps_params_t *)data;
 988                 *app = pps->ppsparam;
 989                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
 990                 return (0);
 991         case PPS_IOC_GETCAP:
 992                 *(int*)data = pps->ppscap;
 993                 return (0);
 994         case PPS_IOC_FETCH:
 995                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
 996                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 997                         return (EINVAL);
 998                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
 999                         return (EOPNOTSUPP);
1000                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1001                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1002                 return (0);
1003         case PPS_IOC_KCBIND:
1004 #ifdef PPS_SYNC
1005                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1006                 /* XXX Only root should be able to do this */
1007                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1008                         return (EINVAL);
1009                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1010                         return (EINVAL);
1011                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1012                         return (EINVAL);
1013                 pps->kcmode = kapi->edge;
1014                 return (0);
1015 #else
1016                 return (EOPNOTSUPP);
1017 #endif
1018         default:
1019                 return (ENOTTY);
1020         }
1021 }
1022
1023 void
1024 pps_init(struct pps_state *pps)
1025 {
1026         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1027         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1028                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1029         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1030                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1031 }
1032
1033 void
1034 pps_event(struct pps_state *pps, struct timecounter *tc, unsigned count, int event)
1035 {
1036         struct timespec ts, *tsp, *osp;
1037         u_int64_t delta;
1038         unsigned tcount, *pcount;
1039         int foff, fhard;
1040         pps_seq_t       *pseq;
1041
1042         /* Things would be easier with arrays... */
1043         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1044                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1045                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1046                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1047                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1048                 pcount = &pps->ppscount[0];
1049                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1050         } else {
1051                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1052                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1053                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1054                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1055                 pcount = &pps->ppscount[1];
1056                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1057         }
1058
1059         /* The timecounter changed: bail */
1060         if (!pps->ppstc ||
1061             pps->ppstc->tc_name != tc->tc_name ||
1062             tc->tc_name != timecounter->tc_name) {
1063                 pps->ppstc = tc;
1064                 *pcount = count;
1065                 return;
1066         }
1067
1068         /* Nothing really happened */
1069         if (*pcount == count)
1070                 return;
1071
1072         *pcount = count;
1073
1074         /* Convert the count to timespec */
1075         ts.tv_sec = tc->tc_offset_sec;
1076         tcount = count - tc->tc_offset_count;
1077         tcount &= tc->tc_counter_mask;
1078         delta = tc->tc_offset_nano;
1079         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_f);
1080         delta >>= 32;
1081         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_i);
1082         delta += boottime.tv_usec * 1000;
1083         ts.tv_sec += boottime.tv_sec;
1084         while (delta >= 1000000000) {
1085                 delta -= 1000000000;
1086                 ts.tv_sec++;
1087         }
1088         ts.tv_nsec = delta;
1089
1090         (*pseq)++;
1091         *tsp = ts;
1092
1093         if (foff) {
1094                 timespecadd(tsp, osp);
1095                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1096                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1097                         tsp->tv_sec -= 1;
1098                 }
1099         }
1100 #ifdef PPS_SYNC
1101         if (fhard) {
1102                 /* magic, at its best... */
1103                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1104                 pps->ppscount[2] = count;
1105                 tcount &= tc->tc_counter_mask;
1106                 delta = ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_f);
1107                 delta >>= 32;
1108                 delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_i);
1109                 hardpps(tsp, delta);
1110         }
1111 #endif
1112 }