kernel - Refactor smp collision statistics
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_clock.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003,2004 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  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
35  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
36  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
37  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
38  * All or some portions of this file are derived from material licensed
39  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
40  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
41  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
42  *
43  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
44  * modification, are permitted provided that the following conditions
45  * are met:
46  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
47  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
48  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
49  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
50  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
51  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
52  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
53  *    without specific prior written permission.
54  *
55  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
56  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
57  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
58  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
59  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
60  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
61  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
62  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
63  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
64  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
65  * SUCH DAMAGE.
66  *
67  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
68  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
69  */
70
71 #include "opt_ntp.h"
72 #include "opt_pctrack.h"
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/callout.h>
77 #include <sys/kernel.h>
78 #include <sys/kinfo.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/malloc.h>
81 #include <sys/resource.h>
82 #include <sys/resourcevar.h>
83 #include <sys/signalvar.h>
84 #include <sys/priv.h>
85 #include <sys/timex.h>
86 #include <sys/timepps.h>
87 #include <sys/upmap.h>
88 #include <sys/lock.h>
89 #include <sys/sysctl.h>
90 #include <sys/kcollect.h>
91
92 #include <vm/vm.h>
93 #include <vm/pmap.h>
94 #include <vm/vm_map.h>
95 #include <vm/vm_extern.h>
96
97 #include <sys/thread2.h>
98 #include <sys/spinlock2.h>
99
100 #include <machine/cpu.h>
101 #include <machine/limits.h>
102 #include <machine/smp.h>
103 #include <machine/cpufunc.h>
104 #include <machine/specialreg.h>
105 #include <machine/clock.h>
106
107 #ifdef GPROF
108 #include <sys/gmon.h>
109 #endif
110
111 #ifdef DEBUG_PCTRACK
112 static void do_pctrack(struct intrframe *frame, int which);
113 #endif
114
115 static void initclocks (void *dummy);
116 SYSINIT(clocks, SI_BOOT2_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL);
117
118 /*
119  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
120  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
121  * just compare relative times against the total by delta.
122  */
123 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
124 #ifdef DEBUG_PCTRACK
125 struct kinfo_pcheader cputime_pcheader = { PCTRACK_SIZE, PCTRACK_ARYSIZE };
126 struct kinfo_pctrack cputime_pctrack[MAXCPU][PCTRACK_SIZE];
127 #endif
128
129 static int sniff_enable = 1;
130 static int sniff_target = -1;
131 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, sniff_enable, CTLFLAG_RW, &sniff_enable, 0 , "");
132 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, sniff_target, CTLFLAG_RW, &sniff_target, 0 , "");
133
134 static int
135 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
136 {
137         int cpu, error = 0;
138         int root_error;
139         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
140         struct kinfo_cputime tmp;
141
142         /*
143          * NOTE: For security reasons, only root can sniff %rip
144          */
145         root_error = priv_check_cred(curthread->td_ucred, PRIV_ROOT, 0);
146
147         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
148                 tmp = cputime_percpu[cpu];
149                 if (root_error == 0) {
150                         tmp.cp_sample_pc =
151                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_pc;
152                         tmp.cp_sample_sp =
153                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_sp;
154                 }
155                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &tmp, size)) != 0)
156                         break;
157         }
158
159         if (root_error == 0) {
160                 if (sniff_enable) {
161                         int n = sniff_target;
162                         if (n < 0)
163                                 smp_sniff();
164                         else if (n < ncpus)
165                                 cpu_sniff(n);
166                 }
167         }
168
169         return (error);
170 }
171 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
172         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
173
174 static int
175 sysctl_cp_time(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
176 {
177         long cpu_states[CPUSTATES] = {0};
178         int cpu, error = 0;
179         size_t size = sizeof(cpu_states);
180
181         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
182                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[cpu].cp_user;
183                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[cpu].cp_nice;
184                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[cpu].cp_sys;
185                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[cpu].cp_intr;
186                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[cpu].cp_idle;
187         }
188
189         error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
190
191         return (error);
192 }
193
194 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_time, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
195     sysctl_cp_time, "LU", "CPU time statistics");
196
197 static int
198 sysctl_cp_times(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
199 {
200         long cpu_states[CPUSTATES] = {0};
201         int cpu, error;
202         size_t size = sizeof(cpu_states);
203
204         for (error = 0, cpu = 0; error == 0 && cpu < ncpus; ++cpu) {
205                 cpu_states[CP_USER] = cputime_percpu[cpu].cp_user;
206                 cpu_states[CP_NICE] = cputime_percpu[cpu].cp_nice;
207                 cpu_states[CP_SYS] = cputime_percpu[cpu].cp_sys;
208                 cpu_states[CP_INTR] = cputime_percpu[cpu].cp_intr;
209                 cpu_states[CP_IDLE] = cputime_percpu[cpu].cp_idle;
210                 error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
211         }
212
213         return (error);
214 }
215
216 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_times, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
217     sysctl_cp_times, "LU", "per-CPU time statistics");
218
219 /*
220  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
221  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
222  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
223  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
224  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
225  *
226  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
227  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
228  * the real time.
229  *
230  * WARNING! time_second can backstep on time corrections. Also, unlike
231  *          time_second, time_uptime is not a "real" time_t (seconds
232  *          since the Epoch) but seconds since booting.
233  */
234 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
235 time_t time_second;             /* read-only 'passive' realtime in seconds */
236 time_t time_uptime;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
237
238 /*
239  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
240  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(), 
241  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
242  *
243  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
244  * gd_cpuclock_base.
245  *
246  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
247  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
248  * interrupt races on UP systems.
249  */
250 struct hardtime {
251         __uint32_t time_second;
252         sysclock_t cpuclock_base;
253 };
254
255 #define BASETIME_ARYSIZE        16
256 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
257 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
258 static struct hardtime hardtime[BASETIME_ARYSIZE];
259 static volatile int basetime_index;
260
261 static int
262 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
263 {
264         struct timespec *bt;
265         int error;
266         int index;
267
268         /*
269          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
270          * a load fence is required to ensure that the data we read has
271          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
272          */
273         index = basetime_index;
274         cpu_lfence();
275         bt = &basetime[index];
276         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
277         return (error);
278 }
279
280 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
281     &boottime, timespec, "System boottime");
282 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
283     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
284
285 static void hardclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
286 static void statclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
287 static void schedclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
288 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
289
290 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
291 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
292 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
293 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
294 int     sched_ticks;            /* global schedule clock ticks */
295
296 /* NTPD time correction fields */
297 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
298 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
299 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
300 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
301 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
302 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
303 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
304 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
305 struct spinlock ntp_spin;
306
307 /*
308  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
309  */
310 /* ARGSUSED*/
311 static void
312 initclocks(void *dummy)
313 {
314         /*psratio = profhz / stathz;*/
315         spin_init(&ntp_spin, "ntp");
316         initclocks_pcpu();
317         clocks_running = 1;
318         if (kpmap) {
319             kpmap->tsc_freq = tsc_frequency;
320             kpmap->tick_freq = hz;
321         }
322 }
323
324 /*
325  * Called on a per-cpu basis from the idle thread bootstrap on each cpu
326  * during SMP initialization.
327  *
328  * This routine is called concurrently during low-level SMP initialization
329  * and may not block in any way.  Meaning, among other things, we can't
330  * acquire any tokens.
331  */
332 void
333 initclocks_pcpu(void)
334 {
335         struct globaldata *gd = mycpu;
336
337         crit_enter();
338         if (gd->gd_cpuid == 0) {
339             gd->gd_time_seconds = 1;
340             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
341             hardtime[0].time_second = gd->gd_time_seconds;
342             hardtime[0].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
343         } else {
344             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
345             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
346         }
347
348         systimer_intr_enable();
349
350         crit_exit();
351 }
352
353 /*
354  * Called on a 10-second interval after the system is operational.
355  * Return the collection data for USERPCT and install the data for
356  * SYSTPCT and IDLEPCT.
357  */
358 static
359 uint64_t
360 collect_cputime_callback(int n)
361 {
362         static long cpu_base[CPUSTATES];
363         long cpu_states[CPUSTATES];
364         long total;
365         long acc;
366         long lsb;
367
368         bzero(cpu_states, sizeof(cpu_states));
369         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
370                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[n].cp_user;
371                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[n].cp_nice;
372                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[n].cp_sys;
373                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[n].cp_intr;
374                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[n].cp_idle;
375         }
376
377         acc = 0;
378         for (n = 0; n < CPUSTATES; ++n) {
379                 total = cpu_states[n] - cpu_base[n];
380                 cpu_base[n] = cpu_states[n];
381                 cpu_states[n] = total;
382                 acc += total;
383         }
384         if (acc == 0)           /* prevent degenerate divide by 0 */
385                 acc = 1;
386         lsb = acc / (10000 * 2);
387         kcollect_setvalue(KCOLLECT_SYSTPCT,
388                           (cpu_states[CP_SYS] + lsb) * 10000 / acc);
389         kcollect_setvalue(KCOLLECT_IDLEPCT,
390                           (cpu_states[CP_IDLE] + lsb) * 10000 / acc);
391         kcollect_setvalue(KCOLLECT_INTRPCT,
392                           (cpu_states[CP_INTR] + lsb) * 10000 / acc);
393         return((cpu_states[CP_USER] + cpu_states[CP_NICE] + lsb) * 10000 / acc);
394 }
395
396 /*
397  * This routine is called on just the BSP, just after SMP initialization
398  * completes to * finish initializing any clocks that might contend/block
399  * (e.g. like on a token).  We can't do this in initclocks_pcpu() because
400  * that function is called from the idle thread bootstrap for each cpu and
401  * not allowed to block at all.
402  */
403 static
404 void
405 initclocks_other(void *dummy)
406 {
407         struct globaldata *ogd = mycpu;
408         struct globaldata *gd;
409         int n;
410
411         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
412                 lwkt_setcpu_self(globaldata_find(n));
413                 gd = mycpu;
414
415                 /*
416                  * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple
417                  * ticks from building up if the sysclock jumps forward
418                  * (8254 gets reset).  The sysclock will never jump backwards.
419                  * Our time sync is based on the actual sysclock, not the
420                  * ticks count.
421                  *
422                  * Install statclock before hardclock to prevent statclock
423                  * from misinterpreting gd_flags for tick assignment when
424                  * they overlap.
425                  */
426                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_statclock, statclock,
427                                           NULL, stathz,
428                                           SYSTF_MSSYNC | SYSTF_FIRST);
429                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_hardclock, hardclock,
430                                           NULL, hz, SYSTF_MSSYNC);
431                 /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
432                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_schedclock, schedclock,
433                                           NULL, ESTCPUFREQ, SYSTF_MSSYNC);
434         }
435         lwkt_setcpu_self(ogd);
436
437         /*
438          * Regular data collection
439          */
440         kcollect_register(KCOLLECT_USERPCT, "user", collect_cputime_callback,
441                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_USERPCT_FORMAT, 0));
442         kcollect_register(KCOLLECT_SYSTPCT, "syst", NULL,
443                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_SYSTPCT_FORMAT, 0));
444         kcollect_register(KCOLLECT_IDLEPCT, "idle", NULL,
445                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_IDLEPCT_FORMAT, 0));
446 }
447 SYSINIT(clocks2, SI_BOOT2_POST_SMP, SI_ORDER_ANY, initclocks_other, NULL);
448
449 /*
450  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
451  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
452  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
453  * time of day.  This way the gd_* fields are guaranteed to represent
454  * a monotonically increasing 'uptime' value.
455  *
456  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
457  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
458  */
459 void
460 set_timeofday(struct timespec *ts)
461 {
462         struct timespec *nbt;
463         int ni;
464
465         /*
466          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
467          */
468         crit_enter();
469         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
470         cpu_lfence();
471         nbt = &basetime[ni];
472         nanouptime(nbt);
473         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
474         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
475         if (nbt->tv_nsec < 0) {
476             nbt->tv_nsec += 1000000000;
477             --nbt->tv_sec;
478         }
479
480         /*
481          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
482          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
483          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
484          * can simply assign boottime to basetime.  
485          *
486          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
487          * compensated up to a point (it is guaranteed to remain monotonically
488          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
489          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
490          * into account in the basetime calculation above.
491          */
492         spin_lock(&ntp_spin);
493         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
494         ntp_delta = 0;
495
496         /*
497          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
498          * then update the index.
499          */
500         cpu_sfence();
501         basetime_index = ni;
502         spin_unlock(&ntp_spin);
503
504         crit_exit();
505 }
506         
507 /*
508  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
509  * on cpu #0.
510  *
511  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
512  * manipulate objects owned by the current cpu.
513  */
514 static void
515 hardclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
516 {
517         sysclock_t cputicks;
518         struct proc *p;
519         struct globaldata *gd = mycpu;
520
521         if ((gd->gd_reqflags & RQF_IPIQ) == 0 && lwkt_need_ipiq_process(gd)) {
522                 /* Defer to doreti on passive IPIQ processing */
523                 need_ipiq();
524         }
525
526         /*
527          * We update the compensation base to calculate fine-grained time
528          * from the sys_cputimer on a per-cpu basis in order to avoid
529          * having to mess around with locks.  sys_cputimer is assumed to
530          * be consistent across all cpus.  CPU N copies the base state from
531          * CPU 0 using the same FIFO trick that we use for basetime (so we
532          * don't catch a CPU 0 update in the middle).
533          *
534          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
535          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
536          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
537          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
538          * timers count events, though everything should resynch again
539          * immediately.
540          */
541         if (gd->gd_cpuid == 0) {
542                 int ni;
543
544                 cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
545                 if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
546                         cputicks /= sys_cputimer->freq;
547                         if (cputicks != 0 && cputicks != 1)
548                                 kprintf("Warning: hardclock missed > 1 sec\n");
549                         gd->gd_time_seconds += cputicks;
550                         gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq * cputicks;
551                         /* uncorrected monotonic 1-sec gran */
552                         time_uptime += cputicks;
553                 }
554                 ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
555                 hardtime[ni].time_second = gd->gd_time_seconds;
556                 hardtime[ni].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
557         } else {
558                 int ni;
559
560                 ni = basetime_index;
561                 cpu_lfence();
562                 gd->gd_time_seconds = hardtime[ni].time_second;
563                 gd->gd_cpuclock_base = hardtime[ni].cpuclock_base;
564         }
565
566         /*
567          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
568          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
569          * by updating basetime.
570          */
571         if (gd->gd_cpuid == 0) {
572             struct timespec *nbt;
573             struct timespec nts;
574             int leap;
575             int ni;
576
577             ++ticks;
578
579 #if 0
580             if (tco->tc_poll_pps) 
581                 tco->tc_poll_pps(tco);
582 #endif
583
584             /*
585              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
586              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
587              * with the current basetime and then make adjustments.
588              */
589             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
590             nbt = &basetime[ni];
591             *nbt = basetime[basetime_index];
592
593             /*
594              * ntp adjustments only occur on cpu 0 and are protected by
595              * ntp_spin.  This spinlock virtually never conflicts.
596              */
597             spin_lock(&ntp_spin);
598
599             /*
600              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
601              *
602              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
603              * sufficient to access these variables.
604              */
605             if (ntp_delta != 0) {
606                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
607                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
608                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
609                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
610                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
611                 }
612             }
613
614             /*
615              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
616              */
617             if (ntp_tick_permanent != 0) {
618                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
619                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
620                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
621                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
622                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
623                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
624                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
625                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
626                 }
627             }
628
629             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
630                     nbt->tv_sec++;
631                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
632             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
633                     nbt->tv_sec--;
634                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
635             }
636
637             /*
638              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
639              */
640             if (nsec_adj != 0) {
641                 nsec_acc += nsec_adj;
642                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
643                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
644                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
645                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
646                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
647                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
648                 }
649                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
650                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
651                     ++nbt->tv_sec;
652                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
653                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
654                     --nbt->tv_sec;
655                 }
656             }
657             spin_unlock(&ntp_spin);
658
659             /************************************************************
660              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
661              ************************************************************
662              *
663              * Taking into account all the corrections made above, figure
664              * out the new real time.  If the seconds field has changed
665              * then apply any pending leap-second corrections.
666              */
667             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
668
669             if (time_second != nts.tv_sec) {
670                 /*
671                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
672                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
673                  */
674                 if (ntp_leap_second) {
675                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
676                         if (ntp_leap_insert) {
677                             nbt->tv_sec++;
678                             nts.tv_sec++;
679                         } else {
680                             nbt->tv_sec--;
681                             nts.tv_sec--;
682                         }
683                         ntp_leap_second--;
684                     }
685                 }
686
687                 /*
688                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
689                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
690                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
691                  */
692                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
693                 nsec_adj /= hz;
694                 nbt->tv_sec += leap;
695                 nts.tv_sec += leap;
696
697                 /*
698                  * Update the time_second 'approximate time' global.
699                  */
700                 time_second = nts.tv_sec;
701             }
702
703             /*
704              * Finally, our new basetime is ready to go live!
705              */
706             cpu_sfence();
707             basetime_index = ni;
708
709             /*
710              * Update kpmap on each tick.  TS updates are integrated with
711              * fences and upticks allowing userland to read the data
712              * deterministically.
713              */
714             if (kpmap) {
715                 int w;
716
717                 w = (kpmap->upticks + 1) & 1;
718                 getnanouptime(&kpmap->ts_uptime[w]);
719                 getnanotime(&kpmap->ts_realtime[w]);
720                 cpu_sfence();
721                 ++kpmap->upticks;
722                 cpu_sfence();
723             }
724         }
725
726         /*
727          * lwkt thread scheduler fair queueing
728          */
729         lwkt_schedulerclock(curthread);
730
731         /*
732          * softticks are handled for all cpus
733          */
734         hardclock_softtick(gd);
735
736         /*
737          * Rollup accumulated vmstats, copy-back for critical path checks.
738          */
739         vmstats_rollup_cpu(gd);
740         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
741
742         /*
743          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.
744          *
745          * We must acquire the per-process token in order for ksignal()
746          * to be non-blocking.  For the moment this requires an AST fault,
747          * the ksignal() cannot be safely issued from this hard interrupt.
748          *
749          * XXX Even the trytoken here isn't right, and itimer operation in
750          *     a multi threaded environment is going to be weird at the
751          *     very least.
752          */
753         if ((p = curproc) != NULL && lwkt_trytoken(&p->p_token)) {
754                 crit_enter_hard();
755                 if (p->p_upmap)
756                         ++p->p_upmap->runticks;
757
758                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
759                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
760                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], ustick) == 0) {
761                         p->p_flags |= P_SIGVTALRM;
762                         need_user_resched();
763                 }
764                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
765                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], ustick) == 0) {
766                         p->p_flags |= P_SIGPROF;
767                         need_user_resched();
768                 }
769                 crit_exit_hard();
770                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
771         }
772         setdelayed();
773 }
774
775 /*
776  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
777  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
778  *
779  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
780  * manipulate objects owned by the current cpu.
781  *
782  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
783  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
784  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
785  * p->p_estcpu.
786  *
787  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
788  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
789  * interrupted.
790  */
791 static void
792 statclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
793 {
794 #ifdef GPROF
795         struct gmonparam *g;
796         int i;
797 #endif
798         globaldata_t gd = mycpu;
799         thread_t td;
800         struct proc *p;
801         int bump;
802         sysclock_t cv;
803         sysclock_t scv;
804
805         /*
806          * How big was our timeslice relative to the last time?  Calculate
807          * in microseconds.
808          *
809          * NOTE: Use of microuptime() is typically MPSAFE, but usually not
810          *       during early boot.  Just use the systimer count to be nice
811          *       to e.g. qemu.  The systimer has a better chance of being
812          *       MPSAFE at early boot.
813          */
814         cv = sys_cputimer->count();
815         scv = gd->statint.gd_statcv;
816         if (scv == 0) {
817                 bump = 1;
818         } else {
819                 bump = (sys_cputimer->freq64_usec * (cv - scv)) >> 32;
820                 if (bump < 0)
821                         bump = 0;
822                 if (bump > 1000000)
823                         bump = 1000000;
824         }
825         gd->statint.gd_statcv = cv;
826
827 #if 0
828         stv = &gd->gd_stattv;
829         if (stv->tv_sec == 0) {
830             bump = 1;
831         } else {
832             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
833                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
834             if (bump < 0)
835                 bump = 0;
836             if (bump > 1000000)
837                 bump = 1000000;
838         }
839         *stv = tv;
840 #endif
841
842         td = curthread;
843         p = td->td_proc;
844
845         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
846                 /*
847                  * Came from userland, handle user time and deal with
848                  * possible process.
849                  */
850                 if (p && (p->p_flags & P_PROFIL))
851                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
852                 td->td_uticks += bump;
853
854                 /*
855                  * Charge the time as appropriate
856                  */
857                 if (p && p->p_nice > NZERO)
858                         cpu_time.cp_nice += bump;
859                 else
860                         cpu_time.cp_user += bump;
861         } else {
862                 int intr_nest = gd->gd_intr_nesting_level;
863
864                 if (in_ipi) {
865                         /*
866                          * IPI processing code will bump gd_intr_nesting_level
867                          * up by one, which breaks following CLKF_INTR testing,
868                          * so we subtract it by one here.
869                          */
870                         --intr_nest;
871                 }
872 #ifdef GPROF
873                 /*
874                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
875                  */
876                 g = &_gmonparam;
877                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
878                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
879                         if (i < g->textsize) {
880                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
881                                 g->kcount[i]++;
882                         }
883                 }
884 #endif
885
886 #define IS_INTR_RUNNING ((frame && CLKF_INTR(intr_nest)) || CLKF_INTR_TD(td))
887
888                 /*
889                  * Came from kernel mode, so we were:
890                  * - handling an interrupt,
891                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
892                  *   user process, or
893                  * - spinning in the idle loop.
894                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
895                  * Note that we charge interrupts to the current process,
896                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
897                  * so that we know how much of its real time was spent
898                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
899                  *
900                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame 
901                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
902                  */
903                 if (IS_INTR_RUNNING ||
904                     (gd->gd_reqflags & RQF_INTPEND)) {
905                         /*
906                          * If we interrupted an interrupt thread, well,
907                          * count it as interrupt time.
908                          */
909                         td->td_iticks += bump;
910 #ifdef DEBUG_PCTRACK
911                         if (frame)
912                                 do_pctrack(frame, PCTRACK_INT);
913 #endif
914                         cpu_time.cp_intr += bump;
915                 } else if (gd->gd_flags & GDF_VIRTUSER) {
916                         /*
917                          * The vkernel doesn't do a good job providing trap
918                          * frames that we can test.  If the GDF_VIRTUSER
919                          * flag is set we probably interrupted user mode.
920                          *
921                          * We also use this flag on the host when entering
922                          * VMM mode.
923                          */
924                         td->td_uticks += bump;
925
926                         /*
927                          * Charge the time as appropriate
928                          */
929                         if (p && p->p_nice > NZERO)
930                                 cpu_time.cp_nice += bump;
931                         else
932                                 cpu_time.cp_user += bump;
933                 } else {
934                         td->td_sticks += bump;
935                         if (td == &gd->gd_idlethread) {
936                                 /*
937                                  * We want to count token contention as
938                                  * system time.  When token contention occurs
939                                  * the cpu may only be outside its critical
940                                  * section while switching through the idle
941                                  * thread.  In this situation, various flags
942                                  * will be set in gd_reqflags.
943                                  */
944                                 if (gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_WK_MASK)
945                                         cpu_time.cp_sys += bump;
946                                 else
947                                         cpu_time.cp_idle += bump;
948                         } else {
949                                 /*
950                                  * System thread was running.
951                                  */
952 #ifdef DEBUG_PCTRACK
953                                 if (frame)
954                                         do_pctrack(frame, PCTRACK_SYS);
955 #endif
956                                 cpu_time.cp_sys += bump;
957                         }
958                 }
959
960 #undef IS_INTR_RUNNING
961         }
962 }
963
964 #ifdef DEBUG_PCTRACK
965 /*
966  * Sample the PC when in the kernel or in an interrupt.  User code can
967  * retrieve the information and generate a histogram or other output.
968  */
969
970 static void
971 do_pctrack(struct intrframe *frame, int which)
972 {
973         struct kinfo_pctrack *pctrack;
974
975         pctrack = &cputime_pctrack[mycpu->gd_cpuid][which];
976         pctrack->pc_array[pctrack->pc_index & PCTRACK_ARYMASK] = 
977                 (void *)CLKF_PC(frame);
978         ++pctrack->pc_index;
979 }
980
981 static int
982 sysctl_pctrack(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
983 {
984         struct kinfo_pcheader head;
985         int error;
986         int cpu;
987         int ntrack;
988
989         head.pc_ntrack = PCTRACK_SIZE;
990         head.pc_arysize = PCTRACK_ARYSIZE;
991
992         if ((error = SYSCTL_OUT(req, &head, sizeof(head))) != 0)
993                 return (error);
994
995         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
996                 for (ntrack = 0; ntrack < PCTRACK_SIZE; ++ntrack) {
997                         error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_pctrack[cpu][ntrack],
998                                            sizeof(struct kinfo_pctrack));
999                         if (error)
1000                                 break;
1001                 }
1002                 if (error)
1003                         break;
1004         }
1005         return (error);
1006 }
1007 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, pctrack, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
1008         sysctl_pctrack, "S,kinfo_pcheader", "CPU PC tracking");
1009
1010 #endif
1011
1012 /*
1013  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
1014  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
1015  * but that's about it.
1016  *
1017  * Each cpu has its own scheduler clock.
1018  */
1019 static void
1020 schedclock(systimer_t info, int in_ipi __unused, struct intrframe *frame)
1021 {
1022         struct lwp *lp;
1023         struct rusage *ru;
1024         struct vmspace *vm;
1025         long rss;
1026
1027         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
1028                 /*
1029                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
1030                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
1031                  * HERE.
1032                  */
1033                 ++lp->lwp_cpticks;
1034                 usched_schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
1035         } else {
1036                 usched_schedulerclock(NULL, info->periodic, info->time);
1037         }
1038         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
1039                 /*
1040                  * Update resource usage integrals and maximums.
1041                  */
1042                 if ((ru = &lp->lwp_proc->p_ru) &&
1043                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
1044                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
1045                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
1046                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
1047                         if (lwkt_trytoken(&vm->vm_map.token)) {
1048                                 rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
1049                                 if (ru->ru_maxrss < rss)
1050                                         ru->ru_maxrss = rss;
1051                                 lwkt_reltoken(&vm->vm_map.token);
1052                         }
1053                 }
1054         }
1055         /* Increment the global sched_ticks */
1056         if (mycpu->gd_cpuid == 0)
1057                 ++sched_ticks;
1058 }
1059
1060 /*
1061  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The 
1062  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
1063  * operation and guaranteed to meet or exceed the requested time.
1064  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
1065  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
1066  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
1067  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
1068  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
1069  *
1070  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
1071  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
1072  * the unsigned long maximum.
1073  *
1074  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1075  * 10ms ticks is 248 days.
1076  */
1077 int
1078 tvtohz_high(struct timeval *tv)
1079 {
1080         int ticks;
1081         long sec, usec;
1082
1083         sec = tv->tv_sec;
1084         usec = tv->tv_usec;
1085         if (usec < 0) {
1086                 sec--;
1087                 usec += 1000000;
1088         }
1089         if (sec < 0) {
1090 #ifdef DIAGNOSTIC
1091                 if (usec > 0) {
1092                         sec++;
1093                         usec -= 1000000;
1094                 }
1095                 kprintf("tvtohz_high: negative time difference "
1096                         "%ld sec %ld usec\n",
1097                         sec, usec);
1098 #endif
1099                 ticks = 1;
1100         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1101                 ticks = (int)(sec * hz + 
1102                             ((u_long)usec + (ustick - 1)) / ustick) + 1;
1103         } else {
1104                 ticks = INT_MAX;
1105         }
1106         return (ticks);
1107 }
1108
1109 int
1110 tstohz_high(struct timespec *ts)
1111 {
1112         int ticks;
1113         long sec, nsec;
1114
1115         sec = ts->tv_sec;
1116         nsec = ts->tv_nsec;
1117         if (nsec < 0) {
1118                 sec--;
1119                 nsec += 1000000000;
1120         }
1121         if (sec < 0) {
1122 #ifdef DIAGNOSTIC
1123                 if (nsec > 0) {
1124                         sec++;
1125                         nsec -= 1000000000;
1126                 }
1127                 kprintf("tstohz_high: negative time difference "
1128                         "%ld sec %ld nsec\n",
1129                         sec, nsec);
1130 #endif
1131                 ticks = 1;
1132         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1133                 ticks = (int)(sec * hz +
1134                             ((u_long)nsec + (nstick - 1)) / nstick) + 1;
1135         } else {
1136                 ticks = INT_MAX;
1137         }
1138         return (ticks);
1139 }
1140
1141
1142 /*
1143  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
1144  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
1145  * of ticks will not result in a late return.
1146  *
1147  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
1148  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
1149  * 1 tick.
1150  *
1151  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1152  * 10ms ticks is 248 days.
1153  */
1154 int
1155 tvtohz_low(struct timeval *tv)
1156 {
1157         int ticks;
1158         long sec;
1159
1160         sec = tv->tv_sec;
1161         if (sec <= INT_MAX / hz)
1162                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / ustick);
1163         else
1164                 ticks = INT_MAX;
1165         return (ticks);
1166 }
1167
1168 int
1169 tstohz_low(struct timespec *ts)
1170 {
1171         int ticks;
1172         long sec;
1173
1174         sec = ts->tv_sec;
1175         if (sec <= INT_MAX / hz)
1176                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)ts->tv_nsec / nstick);
1177         else
1178                 ticks = INT_MAX;
1179         return (ticks);
1180 }
1181
1182 /*
1183  * Start profiling on a process.
1184  *
1185  * Caller must hold p->p_token();
1186  *
1187  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
1188  * keeps the profile clock running constantly.
1189  */
1190 void
1191 startprofclock(struct proc *p)
1192 {
1193         if ((p->p_flags & P_PROFIL) == 0) {
1194                 p->p_flags |= P_PROFIL;
1195 #if 0   /* XXX */
1196                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
1197                         crit_enter();
1198                         psdiv = psratio;
1199                         setstatclockrate(profhz);
1200                         crit_exit();
1201                 }
1202 #endif
1203         }
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Stop profiling on a process.
1208  *
1209  * caller must hold p->p_token
1210  */
1211 void
1212 stopprofclock(struct proc *p)
1213 {
1214         if (p->p_flags & P_PROFIL) {
1215                 p->p_flags &= ~P_PROFIL;
1216 #if 0   /* XXX */
1217                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
1218                         crit_enter();
1219                         psdiv = 1;
1220                         setstatclockrate(stathz);
1221                         crit_exit();
1222                 }
1223 #endif
1224         }
1225 }
1226
1227 /*
1228  * Return information about system clocks.
1229  */
1230 static int
1231 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1232 {
1233         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
1234         /*
1235          * Construct clockinfo structure.
1236          */
1237         clkinfo.ci_hz = hz;
1238         clkinfo.ci_tick = ustick;
1239         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
1240         clkinfo.ci_profhz = profhz;
1241         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
1242         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
1243 }
1244
1245 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
1246         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
1247
1248 /*
1249  * We have eight functions for looking at the clock, four for
1250  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
1251  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
1252  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
1253  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
1254  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
1255  * time relative to system boot, these are well suited for time
1256  * interval measurements.
1257  *
1258  * Each cpu independently maintains the current time of day, so all
1259  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
1260  * check on the seconds field changing out from under us.
1261  *
1262  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
1263  * it is possible for the calculated delta to occasionally exceed
1264  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
1265  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
1266  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
1267  *
1268  * All the [get][micro,nano][time,uptime]() routines are MPSAFE.
1269  */
1270 void
1271 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
1272 {
1273         struct globaldata *gd = mycpu;
1274         sysclock_t delta;
1275
1276         do {
1277                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1278                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1279         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1280
1281         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1282                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1283                 delta %= sys_cputimer->freq;
1284         }
1285         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1286         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1287                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1288                 ++tvp->tv_sec;
1289         }
1290 }
1291
1292 void
1293 getnanouptime(struct timespec *tsp)
1294 {
1295         struct globaldata *gd = mycpu;
1296         sysclock_t delta;
1297
1298         do {
1299                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1300                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1301         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1302
1303         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1304                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1305                 delta %= sys_cputimer->freq;
1306         }
1307         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1308 }
1309
1310 void
1311 microuptime(struct timeval *tvp)
1312 {
1313         struct globaldata *gd = mycpu;
1314         sysclock_t delta;
1315
1316         do {
1317                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1318                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1319         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1320
1321         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1322                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1323                 delta %= sys_cputimer->freq;
1324         }
1325         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1326 }
1327
1328 void
1329 nanouptime(struct timespec *tsp)
1330 {
1331         struct globaldata *gd = mycpu;
1332         sysclock_t delta;
1333
1334         do {
1335                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1336                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1337         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1338
1339         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1340                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1341                 delta %= sys_cputimer->freq;
1342         }
1343         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1344 }
1345
1346 /*
1347  * realtime routines
1348  */
1349 void
1350 getmicrotime(struct timeval *tvp)
1351 {
1352         struct globaldata *gd = mycpu;
1353         struct timespec *bt;
1354         sysclock_t delta;
1355
1356         do {
1357                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1358                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1359         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1360
1361         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1362                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1363                 delta %= sys_cputimer->freq;
1364         }
1365         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1366
1367         bt = &basetime[basetime_index];
1368         cpu_lfence();
1369         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1370         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1371         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1372                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1373                 ++tvp->tv_sec;
1374         }
1375 }
1376
1377 void
1378 getnanotime(struct timespec *tsp)
1379 {
1380         struct globaldata *gd = mycpu;
1381         struct timespec *bt;
1382         sysclock_t delta;
1383
1384         do {
1385                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1386                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1387         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1388
1389         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1390                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1391                 delta %= sys_cputimer->freq;
1392         }
1393         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1394
1395         bt = &basetime[basetime_index];
1396         cpu_lfence();
1397         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1398         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1399         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1400                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1401                 ++tsp->tv_sec;
1402         }
1403 }
1404
1405 static void
1406 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
1407 {
1408         struct globaldata *gd = mycpu;
1409         sysclock_t delta;
1410
1411         do {
1412                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1413                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1414         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1415
1416         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1417                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1418                 delta %= sys_cputimer->freq;
1419         }
1420         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1421
1422         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
1423         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
1424         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1425                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1426                 ++tsp->tv_sec;
1427         }
1428 }
1429
1430
1431 void
1432 microtime(struct timeval *tvp)
1433 {
1434         struct globaldata *gd = mycpu;
1435         struct timespec *bt;
1436         sysclock_t delta;
1437
1438         do {
1439                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1440                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1441         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1442
1443         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1444                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1445                 delta %= sys_cputimer->freq;
1446         }
1447         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1448
1449         bt = &basetime[basetime_index];
1450         cpu_lfence();
1451         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1452         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1453         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1454                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1455                 ++tvp->tv_sec;
1456         }
1457 }
1458
1459 void
1460 nanotime(struct timespec *tsp)
1461 {
1462         struct globaldata *gd = mycpu;
1463         struct timespec *bt;
1464         sysclock_t delta;
1465
1466         do {
1467                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1468                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1469         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1470
1471         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1472                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1473                 delta %= sys_cputimer->freq;
1474         }
1475         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1476
1477         bt = &basetime[basetime_index];
1478         cpu_lfence();
1479         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1480         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1481         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1482                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1483                 ++tsp->tv_sec;
1484         }
1485 }
1486
1487 /*
1488  * Get an approximate time_t.  It does not have to be accurate.  This
1489  * function is called only from KTR and can be called with the system in
1490  * any state so do not use a critical section or other complex operation
1491  * here.
1492  *
1493  * NOTE: This is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1494  *       would have to do what microtime does and check for a nanoseconds
1495  *       overflow.
1496  */
1497 time_t
1498 get_approximate_time_t(void)
1499 {
1500         struct globaldata *gd = mycpu;
1501         struct timespec *bt;
1502
1503         bt = &basetime[basetime_index];
1504         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1505 }
1506
1507 int
1508 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1509 {
1510         pps_params_t *app;
1511         struct pps_fetch_args *fapi;
1512 #ifdef PPS_SYNC
1513         struct pps_kcbind_args *kapi;
1514 #endif
1515
1516         switch (cmd) {
1517         case PPS_IOC_CREATE:
1518                 return (0);
1519         case PPS_IOC_DESTROY:
1520                 return (0);
1521         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1522                 app = (pps_params_t *)data;
1523                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1524                         return (EINVAL);
1525                 pps->ppsparam = *app;         
1526                 return (0);
1527         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1528                 app = (pps_params_t *)data;
1529                 *app = pps->ppsparam;
1530                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1531                 return (0);
1532         case PPS_IOC_GETCAP:
1533                 *(int*)data = pps->ppscap;
1534                 return (0);
1535         case PPS_IOC_FETCH:
1536                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1537                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1538                         return (EINVAL);
1539                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1540                         return (EOPNOTSUPP);
1541                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;         
1542                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1543                 return (0);
1544         case PPS_IOC_KCBIND:
1545 #ifdef PPS_SYNC
1546                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1547                 /* XXX Only root should be able to do this */
1548                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1549                         return (EINVAL);
1550                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1551                         return (EINVAL);
1552                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1553                         return (EINVAL);
1554                 pps->kcmode = kapi->edge;
1555                 return (0);
1556 #else
1557                 return (EOPNOTSUPP);
1558 #endif
1559         default:
1560                 return (ENOTTY);
1561         }
1562 }
1563
1564 void
1565 pps_init(struct pps_state *pps)
1566 {
1567         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1568         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1569                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1570         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1571                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1572 }
1573
1574 void
1575 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1576 {
1577         struct globaldata *gd;
1578         struct timespec *tsp;
1579         struct timespec *osp;
1580         struct timespec *bt;
1581         struct timespec ts;
1582         sysclock_t *pcount;
1583 #ifdef PPS_SYNC
1584         sysclock_t tcount;
1585 #endif
1586         sysclock_t delta;
1587         pps_seq_t *pseq;
1588         int foff;
1589 #ifdef PPS_SYNC
1590         int fhard;
1591 #endif
1592         int ni;
1593
1594         gd = mycpu;
1595
1596         /* Things would be easier with arrays... */
1597         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1598                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1599                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1600                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1601 #ifdef PPS_SYNC
1602                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1603 #endif
1604                 pcount = &pps->ppscount[0];
1605                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1606         } else {
1607                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1608                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1609                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1610 #ifdef PPS_SYNC
1611                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1612 #endif
1613                 pcount = &pps->ppscount[1];
1614                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1615         }
1616
1617         /* Nothing really happened */
1618         if (*pcount == count)
1619                 return;
1620
1621         *pcount = count;
1622
1623         do {
1624                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1625                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1626         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1627
1628         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1629                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1630                 delta %= sys_cputimer->freq;
1631         }
1632         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1633         ni = basetime_index;
1634         cpu_lfence();
1635         bt = &basetime[ni];
1636         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1637         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1638         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1639                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1640                 ++ts.tv_sec;
1641         }
1642
1643         (*pseq)++;
1644         *tsp = ts;
1645
1646         if (foff) {
1647                 timespecadd(tsp, osp);
1648                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1649                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1650                         tsp->tv_sec -= 1;
1651                 }
1652         }
1653 #ifdef PPS_SYNC
1654         if (fhard) {
1655                 /* magic, at its best... */
1656                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1657                 pps->ppscount[2] = count;
1658                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1659                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1660                                  sys_cputimer->freq64_nsec * 
1661                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1662                 } else {
1663                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1664                 }
1665                 hardpps(tsp, delta);
1666         }
1667 #endif
1668 }
1669
1670 /*
1671  * Return the tsc target value for a delay of (ns).
1672  *
1673  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1674  */
1675 tsc_uclock_t
1676 tsc_get_target(int ns)
1677 {
1678 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1679         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1680                 return (rdtsc() + tsc_frequency * ns / (int64_t)1000000000);
1681         }
1682 #endif
1683         return(-1);
1684 }
1685
1686 /*
1687  * Compare the tsc against the passed target
1688  *
1689  * Returns +1 if the target has been reached
1690  * Returns  0 if the target has not yet been reached
1691  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1692  *
1693  * Typical use:         while (tsc_test_target(target) == 0) { ...poll... }
1694  */
1695 int
1696 tsc_test_target(int64_t target)
1697 {
1698 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1699         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1700                 if ((int64_t)(target - rdtsc()) <= 0)
1701                         return(1);
1702                 return(0);
1703         }
1704 #endif
1705         return(-1);
1706 }
1707
1708 /*
1709  * Delay the specified number of nanoseconds using the tsc.  This function
1710  * returns immediately if the TSC is not supported.  At least one cpu_pause()
1711  * will be issued.
1712  */
1713 void
1714 tsc_delay(int ns)
1715 {
1716         int64_t clk;
1717
1718         clk = tsc_get_target(ns);
1719         cpu_pause();
1720         while (tsc_test_target(clk) == 0)
1721                 cpu_pause();
1722 }