sys/kern/kern_timeout.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 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 /*
  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. All advertising materials mentioning features or use of this software
  52  *    must display the following acknowledgement:
  53  *      This product includes software developed by the University of
  54  *      California, Berkeley and its contributors.
  55  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  56  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  57  *    without specific prior written permission.
  58  *
  59  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  60  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  61  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  62  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  63  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  64  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  65  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  66  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  67  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  68  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  69  * SUCH DAMAGE.
  70  *
  71  *      From: @(#)kern_clock.c  8.5 (Berkeley) 1/21/94
  72  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_timeout.c,v 1.59.2.1 2001/11/13 18:24:52 archie Exp $
  73  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_timeout.c,v 1.27 2007/11/14 18:27:52 swildner Exp $
  74  */
  75 /*
  76  * DRAGONFLY BGL STATUS
  77  *
  78  *      All the API functions should be MP safe.
  79  *
  80  *      The callback functions will be flagged as being MP safe if the
  81  *      timeout structure is initialized with callout_init_mp() instead of
  82  *      callout_init().
  83  *
  84  *      The helper threads cannot be made preempt-capable until after we
  85  *      clean up all the uses of splsoftclock() and related interlocks (which
  86  *      require the related functions to be MP safe as well).
  87  */
  88 /*
  89  * The callout mechanism is based on the work of Adam M. Costello and
  90  * George Varghese, published in a technical report entitled "Redesigning
  91  * the BSD Callout and Timer Facilities" and modified slightly for inclusion
  92  * in FreeBSD by Justin T. Gibbs.  The original work on the data structures
  93  * used in this implementation was published by G. Varghese and T. Lauck in
  94  * the paper "Hashed and Hierarchical Timing Wheels: Data Structures for
  95  * the Efficient Implementation of a Timer Facility" in the Proceedings of
  96  * the 11th ACM Annual Symposium on Operating Systems Principles,
  97  * Austin, Texas Nov 1987.
  98  *
  99  * The per-cpu augmentation was done by Matthew Dillon.
 100  */
 101
 102 #include <sys/param.h>
 103 #include <sys/systm.h>
 104 #include <sys/callout.h>
 105 #include <sys/kernel.h>
 106 #include <sys/interrupt.h>
 107 #include <sys/thread.h>
 108
 109 #include <sys/thread2.h>
 110 #include <sys/mplock2.h>
 111
 112 #ifndef MAX_SOFTCLOCK_STEPS
 113 #define MAX_SOFTCLOCK_STEPS 100 /* Maximum allowed value of steps. */
 114 #endif
 115
 116
 117 struct softclock_pcpu {
 118         struct callout_tailq *callwheel;
 119         struct callout * volatile next;
 120         int softticks;          /* softticks index */
 121         int curticks;           /* per-cpu ticks counter */
 122         int isrunning;
 123         struct thread thread;
 124
 125 };
 126
 127 typedef struct softclock_pcpu *softclock_pcpu_t;
 128
 129 /*
 130  * TODO:
 131  *      allocate more timeout table slots when table overflows.
 132  */
 133 static MALLOC_DEFINE(M_CALLOUT, "callout", "callout structures");
 134 static int callwheelsize;
 135 static int callwheelbits;
 136 static int callwheelmask;
 137 static struct softclock_pcpu softclock_pcpu_ary[MAXCPU];
 138
 139 static void softclock_handler(void *arg);
 140
 141 static void
 142 swi_softclock_setup(void *arg)
 143 {
 144         int cpu;
 145         int i;
 146
 147         /*
 148          * Figure out how large a callwheel we need.  It must be a power of 2.
 149          */
 150         callwheelsize = 1;
 151         callwheelbits = 0;
 152         while (callwheelsize < ncallout) {
 153                 callwheelsize <<= 1;
 154                 ++callwheelbits;
 155         }
 156         callwheelmask = callwheelsize - 1;
 157
 158         /*
 159          * Initialize per-cpu data structures.
 160          */
 161         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 162                 softclock_pcpu_t sc;
 163
 164                 sc = &softclock_pcpu_ary[cpu];
 165
 166                 sc->callwheel = kmalloc(sizeof(*sc->callwheel) * callwheelsize,
 167                                         M_CALLOUT, M_WAITOK|M_ZERO);
 168                 for (i = 0; i < callwheelsize; ++i)
 169                         TAILQ_INIT(&sc->callwheel[i]);
 170
 171                 /*
 172                  * Create a preemption-capable thread for each cpu to handle
 173                  * softclock timeouts on that cpu.  The preemption can only
 174                  * be blocked by a critical section.  The thread can itself
 175                  * be preempted by normal interrupts.
 176                  */
 177                 lwkt_create(softclock_handler, sc, NULL,
 178                             &sc->thread, TDF_STOPREQ|TDF_INTTHREAD, cpu,
 179                             "softclock %d", cpu);
 180 #if 0
 181                 /*
 182                  * Do not make the thread preemptable until we clean up all
 183                  * the splsoftclock() calls in the system.  Since the threads
 184                  * are no longer operated as a software interrupt, the
 185                  * splsoftclock() calls will not have any effect on them.
 186                  */
 187                 sc->thread.td_preemptable = lwkt_preempt;
 188 #endif
 189         }
 190 }
 191
 192 /*
 193  * Must occur after ncpus has been initialized.
 194  */
 195 SYSINIT(softclock_setup, SI_BOOT2_SOFTCLOCK, SI_ORDER_SECOND,
 196         swi_softclock_setup, NULL);
 197
 198 /*
 199  * This routine is called from the hardclock() (basically a FASTint/IPI) on
 200  * each cpu in the system.  sc->curticks is this cpu's notion of the timebase.
 201  * It IS NOT NECESSARILY SYNCHRONIZED WITH 'ticks'!  sc->softticks is where
 202  * the callwheel is currently indexed.
 203  *
 204  * WARNING!  The MP lock is not necessarily held on call, nor can it be
 205  * safely obtained.
 206  *
 207  * sc->softticks is adjusted by either this routine or our helper thread
 208  * depending on whether the helper thread is running or not.
 209  */
 210 void
 211 hardclock_softtick(globaldata_t gd)
 212 {
 213         softclock_pcpu_t sc;
 214
 215         sc = &softclock_pcpu_ary[gd->gd_cpuid];
 216         ++sc->curticks;
 217         if (sc->isrunning)
 218                 return;
 219         if (sc->softticks == sc->curticks) {
 220                 /*
 221                  * in sync, only wakeup the thread if there is something to
 222                  * do.
 223                  */
 224                 if (TAILQ_FIRST(&sc->callwheel[sc->softticks & callwheelmask]))
 225                 {
 226                         sc->isrunning = 1;
 227                         lwkt_schedule(&sc->thread);
 228                 } else {
 229                         ++sc->softticks;
 230                 }
 231         } else {
 232                 /*
 233                  * out of sync, wakeup the thread unconditionally so it can
 234                  * catch up.
 235                  */
 236                 sc->isrunning = 1;
 237                 lwkt_schedule(&sc->thread);
 238         }
 239 }
 240
 241 /*
 242  * This procedure is the main loop of our per-cpu helper thread.  The
 243  * sc->isrunning flag prevents us from racing hardclock_softtick() and
 244  * a critical section is sufficient to interlock sc->curticks and protect
 245  * us from remote IPI's / list removal.
 246  *
 247  * The thread starts with the MP lock held and not in a critical section.
 248  * The loop itself is MP safe while individual callbacks may or may not
 249  * be, so we obtain or release the MP lock as appropriate.
 250  */
 251 static void
 252 softclock_handler(void *arg)
 253 {
 254         softclock_pcpu_t sc;
 255         struct callout *c;
 256         struct callout_tailq *bucket;
 257         void (*c_func)(void *);
 258         void *c_arg;
 259 #ifdef SMP
 260         int mpsafe = 0;
 261 #endif
 262
 263         lwkt_setpri_self(TDPRI_SOFT_NORM);
 264
 265         sc = arg;
 266         crit_enter();
 267 loop:
 268         while (sc->softticks != (int)(sc->curticks + 1)) {
 269                 bucket = &sc->callwheel[sc->softticks & callwheelmask];
 270
 271                 for (c = TAILQ_FIRST(bucket); c; c = sc->next) {
 272                         if (c->c_time != sc->softticks) {
 273                                 sc->next = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
 274                                 continue;
 275                         }
 276 #ifdef SMP
 277                         if (c->c_flags & CALLOUT_MPSAFE) {
 278                                 if (mpsafe == 0) {
 279                                         mpsafe = 1;
 280                                         rel_mplock();
 281                                 }
 282                         } else {
 283                                 /*
 284                                  * The request might be removed while we
 285                                  * are waiting to get the MP lock.  If it
 286                                  * was removed sc->next will point to the
 287                                  * next valid request or NULL, loop up.
 288                                  */
 289                                 if (mpsafe) {
 290                                         mpsafe = 0;
 291                                         sc->next = c;
 292                                         get_mplock();
 293                                         if (c != sc->next)
 294                                                 continue;
 295                                 }
 296                         }
 297 #endif
 298                         sc->next = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
 299                         TAILQ_REMOVE(bucket, c, c_links.tqe);
 300
 301                         c_func = c->c_func;
 302                         c_arg = c->c_arg;
 303                         c->c_func = NULL;
 304                         KKASSERT(c->c_flags & CALLOUT_DID_INIT);
 305                         c->c_flags &= ~CALLOUT_PENDING;
 306                         crit_exit();
 307                         c_func(c_arg);
 308                         crit_enter();
 309                         /* NOTE: list may have changed */
 310                 }
 311                 ++sc->softticks;
 312         }
 313         sc->isrunning = 0;
 314         lwkt_deschedule_self(&sc->thread);      /* == curthread */
 315         lwkt_switch();
 316         goto loop;
 317         /* NOT REACHED */
 318 }
 319
 320 /*
 321  * New interface; clients allocate their own callout structures.
 322  *
 323  * callout_reset() - establish or change a timeout
 324  * callout_stop() - disestablish a timeout
 325  * callout_init() - initialize a callout structure so that it can
 326  *                      safely be passed to callout_reset() and callout_stop()
 327  * callout_init_mp() - same but any installed functions must be MP safe.
 328  *
 329  * <sys/callout.h> defines three convenience macros:
 330  *
 331  * callout_active() - returns truth if callout has not been serviced
 332  * callout_pending() - returns truth if callout is still waiting for timeout
 333  * callout_deactivate() - marks the callout as having been serviced
 334  */
 335
 336 /*
 337  * Start or restart a timeout.  Install the callout structure in the
 338  * callwheel.  Callers may legally pass any value, even if 0 or negative,
 339  * but since the sc->curticks index may have already been processed a
 340  * minimum timeout of 1 tick will be enforced.
 341  *
 342  * The callout is installed on and will be processed on the current cpu's
 343  * callout wheel.
 344  *
 345  * WARNING! This function may be called from any cpu but the caller must
 346  * serialize callout_stop() and callout_reset() calls on the passed
 347  * structure regardless of cpu.
 348  */
 349 void
 350 callout_reset(struct callout *c, int to_ticks, void (*ftn)(void *),
 351                 void *arg)
 352 {
 353         softclock_pcpu_t sc;
 354         globaldata_t gd;
 355
 356 #ifdef INVARIANTS
 357         if ((c->c_flags & CALLOUT_DID_INIT) == 0) {
 358                 callout_init(c);
 359                 kprintf(
 360                     "callout_reset(%p) from %p: callout was not initialized\n",
 361                     c, ((int **)&c)[-1]);
 362                 print_backtrace();
 363         }
 364 #endif
 365         gd = mycpu;
 366         sc = &softclock_pcpu_ary[gd->gd_cpuid];
 367         crit_enter_gd(gd);
 368
 369         if (c->c_flags & CALLOUT_PENDING)
 370                 callout_stop(c);
 371
 372         if (to_ticks <= 0)
 373                 to_ticks = 1;
 374
 375         c->c_arg = arg;
 376         c->c_flags |= (CALLOUT_ACTIVE | CALLOUT_PENDING);
 377         c->c_func = ftn;
 378         c->c_time = sc->curticks + to_ticks;
 379 #ifdef SMP
 380         c->c_gd = gd;
 381 #endif
 382
 383         TAILQ_INSERT_TAIL(&sc->callwheel[c->c_time & callwheelmask],
 384                           c, c_links.tqe);
 385         crit_exit_gd(gd);
 386 }
 387
 388 /*
 389  * Stop a running timer.  WARNING!  If called on a cpu other then the one
 390  * the callout was started on this function will liveloop on its IPI to
 391  * the target cpu to process the request.  It is possible for the callout
 392  * to execute in that case.
 393  *
 394  * WARNING! This function may be called from any cpu but the caller must
 395  * serialize callout_stop() and callout_reset() calls on the passed
 396  * structure regardless of cpu.
 397  *
 398  * WARNING! This routine may be called from an IPI
 399  */
 400 int
 401 callout_stop(struct callout *c)
 402 {
 403         globaldata_t gd = mycpu;
 404 #ifdef SMP
 405         globaldata_t tgd;
 406 #endif
 407         softclock_pcpu_t sc;
 408
 409 #ifdef INVARIANTS
 410         if ((c->c_flags & CALLOUT_DID_INIT) == 0) {
 411                 callout_init(c);
 412                 kprintf(
 413                     "callout_stop(%p) from %p: callout was not initialized\n",
 414                     c, ((int **)&c)[-1]);
 415                 print_backtrace();
 416         }
 417 #endif
 418         crit_enter_gd(gd);
 419
 420         /*
 421          * Don't attempt to delete a callout that's not on the queue.  The
 422          * callout may not have a cpu assigned to it.  Callers do not have
 423          * to be on the issuing cpu but must still serialize access to the
 424          * callout structure.
 425          *
 426          * We are not cpu-localized here and cannot safely modify the
 427          * flags field in the callout structure.  Note that most of the
 428          * time CALLOUT_ACTIVE will be 0 if CALLOUT_PENDING is also 0.
 429          *
 430          * If we race another cpu's dispatch of this callout it is possible
 431          * for CALLOUT_ACTIVE to be set with CALLOUT_PENDING unset.  This
 432          * will cause us to fall through and synchronize with the other
 433          * cpu.
 434          */
 435         if ((c->c_flags & CALLOUT_PENDING) == 0) {
 436 #ifdef SMP
 437                 if ((c->c_flags & CALLOUT_ACTIVE) == 0) {
 438                         crit_exit_gd(gd);
 439                         return (0);
 440                 }
 441                 if (c->c_gd == NULL || c->c_gd == gd) {
 442                         c->c_flags &= ~CALLOUT_ACTIVE;
 443                         crit_exit_gd(gd);
 444                         return (0);
 445                 }
 446                 /* fall-through to the cpu-localization code. */
 447 #else
 448                 c->c_flags &= ~CALLOUT_ACTIVE;
 449                 crit_exit_gd(gd);
 450                 return (0);
 451 #endif
 452         }
 453 #ifdef SMP
 454         if ((tgd = c->c_gd) != gd) {
 455                 /*
 456                  * If the callout is owned by a different CPU we have to
 457                  * execute the function synchronously on the target cpu.
 458                  */
 459                 int seq;
 460
 461                 cpu_ccfence();  /* don't let tgd alias c_gd */
 462                 seq = lwkt_send_ipiq(tgd, (void *)callout_stop, c);
 463                 lwkt_wait_ipiq(tgd, seq);
 464         } else
 465 #endif
 466         {
 467                 /*
 468                  * If the callout is owned by the same CPU we can
 469                  * process it directly, but if we are racing our helper
 470                  * thread (sc->next), we have to adjust sc->next.  The
 471                  * race is interlocked by a critical section.
 472                  */
 473                 sc = &softclock_pcpu_ary[gd->gd_cpuid];
 474
 475                 c->c_flags &= ~(CALLOUT_ACTIVE | CALLOUT_PENDING);
 476                 if (sc->next == c)
 477                         sc->next = TAILQ_NEXT(c, c_links.tqe);
 478
 479                 TAILQ_REMOVE(&sc->callwheel[c->c_time & callwheelmask],
 480                                 c, c_links.tqe);
 481                 c->c_func = NULL;
 482         }
 483         crit_exit_gd(gd);
 484         return (1);
 485 }
 486
 487 /*
 488  * Prepare a callout structure for use by callout_reset() and/or
 489  * callout_stop().  The MP version of this routine requires that the callback
 490  * function installed by callout_reset() be MP safe.
 491  *
 492  * The init functions can be called from any cpu and do not have to be
 493  * called from the cpu that the timer will eventually run on.
 494  */
 495 void
 496 callout_init(struct callout *c)
 497 {
 498         bzero(c, sizeof *c);
 499         c->c_flags = CALLOUT_DID_INIT;
 500 }
 501
 502 void
 503 callout_init_mp(struct callout *c)
 504 {
 505         callout_init(c);
 506         c->c_flags |= CALLOUT_MPSAFE;
 507 }
 508
 509 /* What, are you joking?  This is nuts! -Matt */
 510 #if 0
 511 #ifdef APM_FIXUP_CALLTODO
 512 /*
 513  * Adjust the kernel calltodo timeout list.  This routine is used after
 514  * an APM resume to recalculate the calltodo timer list values with the
 515  * number of hz's we have been sleeping.  The next hardclock() will detect
 516  * that there are fired timers and run softclock() to execute them.
 517  *
 518  * Please note, I have not done an exhaustive analysis of what code this
 519  * might break.  I am motivated to have my select()'s and alarm()'s that
 520  * have expired during suspend firing upon resume so that the applications
 521  * which set the timer can do the maintanence the timer was for as close
 522  * as possible to the originally intended time.  Testing this code for a
 523  * week showed that resuming from a suspend resulted in 22 to 25 timers
 524  * firing, which seemed independant on whether the suspend was 2 hours or
 525  * 2 days.  Your milage may vary.   - Ken Key <key@cs.utk.edu>
 526  */
 527 void
 528 adjust_timeout_calltodo(struct timeval *time_change)
 529 {
 530         struct callout *p;
 531         unsigned long delta_ticks;
 532
 533         /*
 534          * How many ticks were we asleep?
 535          * (stolen from tvtohz()).
 536          */
 537
 538         /* Don't do anything */
 539         if (time_change->tv_sec < 0)
 540                 return;
 541         else if (time_change->tv_sec <= LONG_MAX / 1000000)
 542                 delta_ticks = (time_change->tv_sec * 1000000 +
 543                                time_change->tv_usec + (tick - 1)) / tick + 1;
 544         else if (time_change->tv_sec <= LONG_MAX / hz)
 545                 delta_ticks = time_change->tv_sec * hz +
 546                               (time_change->tv_usec + (tick - 1)) / tick + 1;
 547         else
 548                 delta_ticks = LONG_MAX;
 549
 550         if (delta_ticks > INT_MAX)
 551                 delta_ticks = INT_MAX;
 552
 553         /*
 554          * Now rip through the timer calltodo list looking for timers
 555          * to expire.
 556          */
 557
 558         /* don't collide with softclock() */
 559         crit_enter();
 560         for (p = calltodo.c_next; p != NULL; p = p->c_next) {
 561                 p->c_time -= delta_ticks;
 562
 563                 /* Break if the timer had more time on it than delta_ticks */
 564                 if (p->c_time > 0)
 565                         break;
 566
 567                 /* take back the ticks the timer didn't use (p->c_time <= 0) */
 568                 delta_ticks = -p->c_time;
 569         }
 570         crit_exit();
 571
 572         return;
 573 }
 574 #endif /* APM_FIXUP_CALLTODO */
 575 #endif
 576