sys/kern/kern_synch.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1982, 1986, 1990, 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   4  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   5  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   6  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   7  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   8  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  19  *    must display the following acknowledgement:
  20  *      This product includes software developed by the University of
  21  *      California, Berkeley and its contributors.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  *
  38  *      @(#)kern_synch.c        8.9 (Berkeley) 5/19/95
  39  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_synch.c,v 1.87.2.6 2002/10/13 07:29:53 kbyanc Exp $
  40  */
  41
  42 #include "opt_ktrace.h"
  43
  44 #include <sys/param.h>
  45 #include <sys/systm.h>
  46 #include <sys/proc.h>
  47 #include <sys/kernel.h>
  48 #include <sys/signalvar.h>
  49 #include <sys/resourcevar.h>
  50 #include <sys/vmmeter.h>
  51 #include <sys/sysctl.h>
  52 #ifdef KTRACE
  53 #include <sys/uio.h>
  54 #include <sys/ktrace.h>
  55 #endif
  56
  57 #include <machine/cpu.h>
  58 #include <machine/ipl.h>
  59 #include <machine/smp.h>
  60
  61 static void sched_setup __P((void *dummy));
  62 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_KICK_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL)
  63
  64 u_char  curpriority;
  65 int     hogticks;
  66 int     lbolt;
  67 int     sched_quantum;          /* Roundrobin scheduling quantum in ticks. */
  68
  69 static struct callout loadav_callout;
  70
  71 struct loadavg averunnable =
  72         { {0, 0, 0}, FSCALE };  /* load average, of runnable procs */
  73 /*
  74  * Constants for averages over 1, 5, and 15 minutes
  75  * when sampling at 5 second intervals.
  76  */
  77 static fixpt_t cexp[3] = {
  78         0.9200444146293232 * FSCALE,    /* exp(-1/12) */
  79         0.9834714538216174 * FSCALE,    /* exp(-1/60) */
  80         0.9944598480048967 * FSCALE,    /* exp(-1/180) */
  81 };
  82
  83 static int      curpriority_cmp __P((struct proc *p));
  84 static void     endtsleep __P((void *));
  85 static void     loadav __P((void *arg));
  86 static void     maybe_resched __P((struct proc *chk));
  87 static void     roundrobin __P((void *arg));
  88 static void     schedcpu __P((void *arg));
  89 static void     updatepri __P((struct proc *p));
  90
  91 static int
  92 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
  93 {
  94         int error, new_val;
  95
  96         new_val = sched_quantum * tick;
  97         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
  98         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
  99                 return (error);
 100         if (new_val < tick)
 101                 return (EINVAL);
 102         sched_quantum = new_val / tick;
 103         hogticks = 2 * sched_quantum;
 104         return (0);
 105 }
 106
 107 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
 108         0, sizeof sched_quantum, sysctl_kern_quantum, "I", "");
 109
 110 /*-
 111  * Compare priorities.  Return:
 112  *     <0: priority of p < current priority
 113  *      0: priority of p == current priority
 114  *     >0: priority of p > current priority
 115  * The priorities are the normal priorities or the normal realtime priorities
 116  * if p is on the same scheduler as curproc.  Otherwise the process on the
 117  * more realtimeish scheduler has lowest priority.  As usual, a higher
 118  * priority really means a lower priority.
 119  */
 120 static int
 121 curpriority_cmp(p)
 122         struct proc *p;
 123 {
 124         int c_class, p_class;
 125
 126         c_class = RTP_PRIO_BASE(curproc->p_rtprio.type);
 127         p_class = RTP_PRIO_BASE(p->p_rtprio.type);
 128         if (p_class != c_class)
 129                 return (p_class - c_class);
 130         if (p_class == RTP_PRIO_NORMAL)
 131                 return (((int)p->p_priority - (int)curpriority) / PPQ);
 132         return ((int)p->p_rtprio.prio - (int)curproc->p_rtprio.prio);
 133 }
 134
 135 /*
 136  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
 137  * schedulers into account.
 138  */
 139 static void
 140 maybe_resched(chk)
 141         struct proc *chk;
 142 {
 143         struct proc *p = curproc; /* XXX */
 144
 145         /*
 146          * XXX idle scheduler still broken because proccess stays on idle
 147          * scheduler during waits (such as when getting FS locks).  If a
 148          * standard process becomes runaway cpu-bound, the system can lockup
 149          * due to idle-scheduler processes in wakeup never getting any cpu.
 150          */
 151         if (p == NULL) {
 152 #if 0
 153                 need_resched();
 154 #endif
 155         } else if (chk == p) {
 156                 /* We may need to yield if our priority has been raised. */
 157                 if (curpriority_cmp(chk) > 0)
 158                         need_resched();
 159         } else if (curpriority_cmp(chk) < 0)
 160                 need_resched();
 161 }
 162
 163 int
 164 roundrobin_interval(void)
 165 {
 166         return (sched_quantum);
 167 }
 168
 169 /*
 170  * Force switch among equal priority processes every 100ms.
 171  */
 172 /* ARGSUSED */
 173 static void
 174 roundrobin(arg)
 175         void *arg;
 176 {
 177 #ifndef SMP
 178         struct proc *p = curproc; /* XXX */
 179 #endif
 180
 181 #ifdef SMP
 182         need_resched();
 183         forward_roundrobin();
 184 #else
 185         if (p == 0 || RTP_PRIO_NEED_RR(p->p_rtprio.type))
 186                 need_resched();
 187 #endif
 188
 189         timeout(roundrobin, NULL, sched_quantum);
 190 }
 191
 192 /*
 193  * Constants for digital decay and forget:
 194  *      90% of (p_estcpu) usage in 5 * loadav time
 195  *      95% of (p_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
 196  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
 197  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
 198  *
 199  * Note that schedclock() updates p_estcpu and p_cpticks asynchronously.
 200  *
 201  * We wish to decay away 90% of p_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
 202  * That is, the system wants to compute a value of decay such
 203  * that the following for loop:
 204  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
 205  *              p_estcpu *= decay;
 206  * will compute
 207  *      p_estcpu *= 0.1;
 208  * for all values of loadavg:
 209  *
 210  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
 211  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 212  *
 213  * The system computes decay as:
 214  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
 215  *
 216  * We wish to prove that the system's computation of decay
 217  * will always fulfill the equation:
 218  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 219  *
 220  * If we compute b as:
 221  *      b = 2 * loadavg
 222  * then
 223  *      decay = b / (b + 1)
 224  *
 225  * We now need to prove two things:
 226  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
 227  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
 228  *
 229  * Facts:
 230  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
 231  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
 232  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
 233  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
 234  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
 235  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
 236  *         ln(.1) =~ -2.30
 237  *
 238  * Proof of (1):
 239  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
 240  *      solving for factor,
 241  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
 242  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
 243  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
 244  *
 245  * Proof of (2):
 246  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
 247  *      solving for power,
 248  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
 249  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
 250  *
 251  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
 252  *      loadav: 1       2       3       4
 253  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
 254  */
 255
 256 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
 257 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
 258 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
 259
 260 /* decay 95% of `p_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
 261 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
 262 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");
 263
 264 /* kernel uses `FSCALE', userland (SHOULD) use kern.fscale */
 265 static int      fscale __unused = FSCALE;
 266 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, fscale, CTLFLAG_RD, 0, FSCALE, "");
 267
 268 /*
 269  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
 270  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
 271  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
 272  *
 273  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
 274  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
 275  *
 276  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
 277  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
 278  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
 279  */
 280 #define CCPU_SHIFT      11
 281
 282 /*
 283  * Recompute process priorities, every hz ticks.
 284  */
 285 /* ARGSUSED */
 286 static void
 287 schedcpu(arg)
 288         void *arg;
 289 {
 290         register fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 291         register struct proc *p;
 292         register int realstathz, s;
 293
 294         realstathz = stathz ? stathz : hz;
 295         LIST_FOREACH(p, &allproc, p_list) {
 296                 /*
 297                  * Increment time in/out of memory and sleep time
 298                  * (if sleeping).  We ignore overflow; with 16-bit int's
 299                  * (remember them?) overflow takes 45 days.
 300                  */
 301                 p->p_swtime++;
 302                 if (p->p_stat == SSLEEP || p->p_stat == SSTOP)
 303                         p->p_slptime++;
 304                 p->p_pctcpu = (p->p_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
 305                 /*
 306                  * If the process has slept the entire second,
 307                  * stop recalculating its priority until it wakes up.
 308                  */
 309                 if (p->p_slptime > 1)
 310                         continue;
 311                 s = splhigh();  /* prevent state changes and protect run queue */
 312                 /*
 313                  * p_pctcpu is only for ps.
 314                  */
 315 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
 316                 p->p_pctcpu += (realstathz == 100)?
 317                         ((fixpt_t) p->p_cpticks) << (FSHIFT - CCPU_SHIFT):
 318                         100 * (((fixpt_t) p->p_cpticks)
 319                                 << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
 320 #else
 321                 p->p_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
 322                         (p->p_cpticks * FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
 323 #endif
 324                 p->p_cpticks = 0;
 325                 p->p_estcpu = decay_cpu(loadfac, p->p_estcpu);
 326                 resetpriority(p);
 327                 if (p->p_priority >= PUSER) {
 328                         if ((p != curproc) &&
 329 #ifdef SMP
 330                             p->p_oncpu == 0xff &&       /* idle */
 331 #endif
 332                             p->p_stat == SRUN &&
 333                             (p->p_flag & P_INMEM) &&
 334                             (p->p_priority / PPQ) != (p->p_usrpri / PPQ)) {
 335                                 remrunqueue(p);
 336                                 p->p_priority = p->p_usrpri;
 337                                 setrunqueue(p);
 338                         } else
 339                                 p->p_priority = p->p_usrpri;
 340                 }
 341                 splx(s);
 342         }
 343         wakeup((caddr_t)&lbolt);
 344         timeout(schedcpu, (void *)0, hz);
 345 }
 346
 347 /*
 348  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
 349  * For all load averages >= 1 and max p_estcpu of 255, sleeping for at
 350  * least six times the loadfactor will decay p_estcpu to zero.
 351  */
 352 static void
 353 updatepri(p)
 354         register struct proc *p;
 355 {
 356         register unsigned int newcpu = p->p_estcpu;
 357         register fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 358
 359         if (p->p_slptime > 5 * loadfac)
 360                 p->p_estcpu = 0;
 361         else {
 362                 p->p_slptime--; /* the first time was done in schedcpu */
 363                 while (newcpu && --p->p_slptime)
 364                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
 365                 p->p_estcpu = newcpu;
 366         }
 367         resetpriority(p);
 368 }
 369
 370 /*
 371  * We're only looking at 7 bits of the address; everything is
 372  * aligned to 4, lots of things are aligned to greater powers
 373  * of 2.  Shift right by 8, i.e. drop the bottom 256 worth.
 374  */
 375 #define TABLESIZE       128
 376 static TAILQ_HEAD(slpquehead, proc) slpque[TABLESIZE];
 377 #define LOOKUP(x)       (((intptr_t)(x) >> 8) & (TABLESIZE - 1))
 378
 379 /*
 380  * During autoconfiguration or after a panic, a sleep will simply
 381  * lower the priority briefly to allow interrupts, then return.
 382  * The priority to be used (safepri) is machine-dependent, thus this
 383  * value is initialized and maintained in the machine-dependent layers.
 384  * This priority will typically be 0, or the lowest priority
 385  * that is safe for use on the interrupt stack; it can be made
 386  * higher to block network software interrupts after panics.
 387  */
 388 int safepri;
 389
 390 void
 391 sleepinit(void)
 392 {
 393         int i;
 394
 395         sched_quantum = hz/10;
 396         hogticks = 2 * sched_quantum;
 397         for (i = 0; i < TABLESIZE; i++)
 398                 TAILQ_INIT(&slpque[i]);
 399 }
 400
 401 /*
 402  * General sleep call.  Suspends the current process until a wakeup is
 403  * performed on the specified identifier.  The process will then be made
 404  * runnable with the specified priority.  Sleeps at most timo/hz seconds
 405  * (0 means no timeout).  If pri includes PCATCH flag, signals are checked
 406  * before and after sleeping, else signals are not checked.  Returns 0 if
 407  * awakened, EWOULDBLOCK if the timeout expires.  If PCATCH is set and a
 408  * signal needs to be delivered, ERESTART is returned if the current system
 409  * call should be restarted if possible, and EINTR is returned if the system
 410  * call should be interrupted by the signal (return EINTR).
 411  */
 412 int
 413 tsleep(ident, priority, wmesg, timo)
 414         void *ident;
 415         int priority, timo;
 416         const char *wmesg;
 417 {
 418         struct proc *p = curproc;
 419         int s, sig, catch = priority & PCATCH;
 420         struct callout_handle thandle;
 421
 422 #ifdef KTRACE
 423         if (p && KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 424                 ktrcsw(p->p_tracep, 1, 0);
 425 #endif
 426         s = splhigh();
 427         if (cold || panicstr) {
 428                 /*
 429                  * After a panic, or during autoconfiguration,
 430                  * just give interrupts a chance, then just return;
 431                  * don't run any other procs or panic below,
 432                  * in case this is the idle process and already asleep.
 433                  */
 434                 splx(safepri);
 435                 splx(s);
 436                 return (0);
 437         }
 438         KASSERT(p != NULL, ("tsleep1"));
 439         KASSERT(ident != NULL && p->p_stat == SRUN, ("tsleep"));
 440         /*
 441          * Process may be sitting on a slpque if asleep() was called, remove
 442          * it before re-adding.
 443          */
 444         if (p->p_wchan != NULL)
 445                 unsleep(p);
 446
 447         p->p_wchan = ident;
 448         p->p_wmesg = wmesg;
 449         p->p_slptime = 0;
 450         p->p_priority = priority & PRIMASK;
 451         TAILQ_INSERT_TAIL(&slpque[LOOKUP(ident)], p, p_procq);
 452         if (timo)
 453                 thandle = timeout(endtsleep, (void *)p, timo);
 454         /*
 455          * We put ourselves on the sleep queue and start our timeout
 456          * before calling CURSIG, as we could stop there, and a wakeup
 457          * or a SIGCONT (or both) could occur while we were stopped.
 458          * A SIGCONT would cause us to be marked as SSLEEP
 459          * without resuming us, thus we must be ready for sleep
 460          * when CURSIG is called.  If the wakeup happens while we're
 461          * stopped, p->p_wchan will be 0 upon return from CURSIG.
 462          */
 463         if (catch) {
 464                 p->p_flag |= P_SINTR;
 465                 if ((sig = CURSIG(p))) {
 466                         if (p->p_wchan)
 467                                 unsleep(p);
 468                         p->p_stat = SRUN;
 469                         goto resume;
 470                 }
 471                 if (p->p_wchan == 0) {
 472                         catch = 0;
 473                         goto resume;
 474                 }
 475         } else
 476                 sig = 0;
 477         p->p_stat = SSLEEP;
 478         p->p_stats->p_ru.ru_nvcsw++;
 479         mi_switch();
 480 resume:
 481         curpriority = p->p_usrpri;
 482         splx(s);
 483         p->p_flag &= ~P_SINTR;
 484         if (p->p_flag & P_TIMEOUT) {
 485                 p->p_flag &= ~P_TIMEOUT;
 486                 if (sig == 0) {
 487 #ifdef KTRACE
 488                         if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 489                                 ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 490 #endif
 491                         return (EWOULDBLOCK);
 492                 }
 493         } else if (timo)
 494                 untimeout(endtsleep, (void *)p, thandle);
 495         if (catch && (sig != 0 || (sig = CURSIG(p)))) {
 496 #ifdef KTRACE
 497                 if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 498                         ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 499 #endif
 500                 if (SIGISMEMBER(p->p_sigacts->ps_sigintr, sig))
 501                         return (EINTR);
 502                 return (ERESTART);
 503         }
 504 #ifdef KTRACE
 505         if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 506                 ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 507 #endif
 508         return (0);
 509 }
 510
 511 /*
 512  * asleep() - async sleep call.  Place process on wait queue and return
 513  * immediately without blocking.  The process stays runnable until await()
 514  * is called.  If ident is NULL, remove process from wait queue if it is still
 515  * on one.
 516  *
 517  * Only the most recent sleep condition is effective when making successive
 518  * calls to asleep() or when calling tsleep().
 519  *
 520  * The timeout, if any, is not initiated until await() is called.  The sleep
 521  * priority, signal, and timeout is specified in the asleep() call but may be
 522  * overriden in the await() call.
 523  *
 524  * <<<<<<<< EXPERIMENTAL, UNTESTED >>>>>>>>>>
 525  */
 526
 527 int
 528 asleep(void *ident, int priority, const char *wmesg, int timo)
 529 {
 530         struct proc *p = curproc;
 531         int s;
 532
 533         /*
 534          * splhigh() while manipulating sleep structures and slpque.
 535          *
 536          * Remove preexisting wait condition (if any) and place process
 537          * on appropriate slpque, but do not put process to sleep.
 538          */
 539
 540         s = splhigh();
 541
 542         if (p->p_wchan != NULL)
 543                 unsleep(p);
 544
 545         if (ident) {
 546                 p->p_wchan = ident;
 547                 p->p_wmesg = wmesg;
 548                 p->p_slptime = 0;
 549                 p->p_asleep.as_priority = priority;
 550                 p->p_asleep.as_timo = timo;
 551                 TAILQ_INSERT_TAIL(&slpque[LOOKUP(ident)], p, p_procq);
 552         }
 553
 554         splx(s);
 555
 556         return(0);
 557 }
 558
 559 /*
 560  * await() - wait for async condition to occur.   The process blocks until
 561  * wakeup() is called on the most recent asleep() address.  If wakeup is called
 562  * priority to await(), await() winds up being a NOP.
 563  *
 564  * If await() is called more then once (without an intervening asleep() call),
 565  * await() is still effectively a NOP but it calls mi_switch() to give other
 566  * processes some cpu before returning.  The process is left runnable.
 567  *
 568  * <<<<<<<< EXPERIMENTAL, UNTESTED >>>>>>>>>>
 569  */
 570
 571 int
 572 await(int priority, int timo)
 573 {
 574         struct proc *p = curproc;
 575         int s;
 576
 577         s = splhigh();
 578
 579         if (p->p_wchan != NULL) {
 580                 struct callout_handle thandle;
 581                 int sig;
 582                 int catch;
 583
 584                 /*
 585                  * The call to await() can override defaults specified in
 586                  * the original asleep().
 587                  */
 588                 if (priority < 0)
 589                         priority = p->p_asleep.as_priority;
 590                 if (timo < 0)
 591                         timo = p->p_asleep.as_timo;
 592
 593                 /*
 594                  * Install timeout
 595                  */
 596
 597                 if (timo)
 598                         thandle = timeout(endtsleep, (void *)p, timo);
 599
 600                 sig = 0;
 601                 catch = priority & PCATCH;
 602
 603                 if (catch) {
 604                         p->p_flag |= P_SINTR;
 605                         if ((sig = CURSIG(p))) {
 606                                 if (p->p_wchan)
 607                                         unsleep(p);
 608                                 p->p_stat = SRUN;
 609                                 goto resume;
 610                         }
 611                         if (p->p_wchan == NULL) {
 612                                 catch = 0;
 613                                 goto resume;
 614                         }
 615                 }
 616                 p->p_stat = SSLEEP;
 617                 p->p_stats->p_ru.ru_nvcsw++;
 618                 mi_switch();
 619 resume:
 620                 curpriority = p->p_usrpri;
 621
 622                 splx(s);
 623                 p->p_flag &= ~P_SINTR;
 624                 if (p->p_flag & P_TIMEOUT) {
 625                         p->p_flag &= ~P_TIMEOUT;
 626                         if (sig == 0) {
 627 #ifdef KTRACE
 628                                 if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 629                                         ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 630 #endif
 631                                 return (EWOULDBLOCK);
 632                         }
 633                 } else if (timo)
 634                         untimeout(endtsleep, (void *)p, thandle);
 635                 if (catch && (sig != 0 || (sig = CURSIG(p)))) {
 636 #ifdef KTRACE
 637                         if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 638                                 ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 639 #endif
 640                         if (SIGISMEMBER(p->p_sigacts->ps_sigintr, sig))
 641                                 return (EINTR);
 642                         return (ERESTART);
 643                 }
 644 #ifdef KTRACE
 645                 if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 646                         ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 647 #endif
 648         } else {
 649                 /*
 650                  * If as_priority is 0, await() has been called without an
 651                  * intervening asleep().  We are still effectively a NOP,
 652                  * but we call mi_switch() for safety.
 653                  */
 654
 655                 if (p->p_asleep.as_priority == 0) {
 656                         p->p_stats->p_ru.ru_nvcsw++;
 657                         mi_switch();
 658                 }
 659                 splx(s);
 660         }
 661
 662         /*
 663          * clear p_asleep.as_priority as an indication that await() has been
 664          * called.  If await() is called again without an intervening asleep(),
 665          * await() is still effectively a NOP but the above mi_switch() code
 666          * is triggered as a safety.
 667          */
 668         p->p_asleep.as_priority = 0;
 669
 670         return (0);
 671 }
 672
 673 /*
 674  * Implement timeout for tsleep or asleep()/await()
 675  *
 676  * If process hasn't been awakened (wchan non-zero),
 677  * set timeout flag and undo the sleep.  If proc
 678  * is stopped, just unsleep so it will remain stopped.
 679  */
 680 static void
 681 endtsleep(arg)
 682         void *arg;
 683 {
 684         register struct proc *p;
 685         int s;
 686
 687         p = (struct proc *)arg;
 688         s = splhigh();
 689         if (p->p_wchan) {
 690                 if (p->p_stat == SSLEEP)
 691                         setrunnable(p);
 692                 else
 693                         unsleep(p);
 694                 p->p_flag |= P_TIMEOUT;
 695         }
 696         splx(s);
 697 }
 698
 699 /*
 700  * Remove a process from its wait queue
 701  */
 702 void
 703 unsleep(p)
 704         register struct proc *p;
 705 {
 706         int s;
 707
 708         s = splhigh();
 709         if (p->p_wchan) {
 710                 TAILQ_REMOVE(&slpque[LOOKUP(p->p_wchan)], p, p_procq);
 711                 p->p_wchan = 0;
 712         }
 713         splx(s);
 714 }
 715
 716 /*
 717  * Make all processes sleeping on the specified identifier runnable.
 718  */
 719 void
 720 wakeup(ident)
 721         register void *ident;
 722 {
 723         register struct slpquehead *qp;
 724         register struct proc *p;
 725         struct proc *np;
 726         int s;
 727
 728         s = splhigh();
 729         qp = &slpque[LOOKUP(ident)];
 730 restart:
 731         for (p = TAILQ_FIRST(qp); p != NULL; p = np) {
 732                 np = TAILQ_NEXT(p, p_procq);
 733                 if (p->p_wchan == ident) {
 734                         TAILQ_REMOVE(qp, p, p_procq);
 735                         p->p_wchan = 0;
 736                         if (p->p_stat == SSLEEP) {
 737                                 /* OPTIMIZED EXPANSION OF setrunnable(p); */
 738                                 if (p->p_slptime > 1)
 739                                         updatepri(p);
 740                                 p->p_slptime = 0;
 741                                 p->p_stat = SRUN;
 742                                 if (p->p_flag & P_INMEM) {
 743                                         setrunqueue(p);
 744                                         maybe_resched(p);
 745                                 } else {
 746                                         p->p_flag |= P_SWAPINREQ;
 747                                         wakeup((caddr_t)&proc0);
 748                                 }
 749                                 /* END INLINE EXPANSION */
 750                                 goto restart;
 751                         }
 752                 }
 753         }
 754         splx(s);
 755 }
 756
 757 /*
 758  * Make a process sleeping on the specified identifier runnable.
 759  * May wake more than one process if a target process is currently
 760  * swapped out.
 761  */
 762 void
 763 wakeup_one(ident)
 764         register void *ident;
 765 {
 766         register struct slpquehead *qp;
 767         register struct proc *p;
 768         struct proc *np;
 769         int s;
 770
 771         s = splhigh();
 772         qp = &slpque[LOOKUP(ident)];
 773
 774 restart:
 775         for (p = TAILQ_FIRST(qp); p != NULL; p = np) {
 776                 np = TAILQ_NEXT(p, p_procq);
 777                 if (p->p_wchan == ident) {
 778                         TAILQ_REMOVE(qp, p, p_procq);
 779                         p->p_wchan = 0;
 780                         if (p->p_stat == SSLEEP) {
 781                                 /* OPTIMIZED EXPANSION OF setrunnable(p); */
 782                                 if (p->p_slptime > 1)
 783                                         updatepri(p);
 784                                 p->p_slptime = 0;
 785                                 p->p_stat = SRUN;
 786                                 if (p->p_flag & P_INMEM) {
 787                                         setrunqueue(p);
 788                                         maybe_resched(p);
 789                                         break;
 790                                 } else {
 791                                         p->p_flag |= P_SWAPINREQ;
 792                                         wakeup((caddr_t)&proc0);
 793                                 }
 794                                 /* END INLINE EXPANSION */
 795                                 goto restart;
 796                         }
 797                 }
 798         }
 799         splx(s);
 800 }
 801
 802 /*
 803  * The machine independent parts of mi_switch().
 804  * Must be called at splstatclock() or higher.
 805  */
 806 void
 807 mi_switch()
 808 {
 809         struct timeval new_switchtime;
 810         register struct proc *p = curproc;      /* XXX */
 811         register struct rlimit *rlim;
 812         int x;
 813
 814         /*
 815          * XXX this spl is almost unnecessary.  It is partly to allow for
 816          * sloppy callers that don't do it (issignal() via CURSIG() is the
 817          * main offender).  It is partly to work around a bug in the i386
 818          * cpu_switch() (the ipl is not preserved).  We ran for years
 819          * without it.  I think there was only a interrupt latency problem.
 820          * The main caller, tsleep(), does an splx() a couple of instructions
 821          * after calling here.  The buggy caller, issignal(), usually calls
 822          * here at spl0() and sometimes returns at splhigh().  The process
 823          * then runs for a little too long at splhigh().  The ipl gets fixed
 824          * when the process returns to user mode (or earlier).
 825          *
 826          * It would probably be better to always call here at spl0(). Callers
 827          * are prepared to give up control to another process, so they must
 828          * be prepared to be interrupted.  The clock stuff here may not
 829          * actually need splstatclock().
 830          */
 831         x = splstatclock();
 832
 833 #ifdef SIMPLELOCK_DEBUG
 834         if (p->p_simple_locks)
 835                 printf("sleep: holding simple lock\n");
 836 #endif
 837         /*
 838          * Compute the amount of time during which the current
 839          * process was running, and add that to its total so far.
 840          */
 841         microuptime(&new_switchtime);
 842         if (timevalcmp(&new_switchtime, &switchtime, <)) {
 843                 printf("microuptime() went backwards (%ld.%06ld -> %ld.%06ld)\n",
 844                     switchtime.tv_sec, switchtime.tv_usec,
 845                     new_switchtime.tv_sec, new_switchtime.tv_usec);
 846                 new_switchtime = switchtime;
 847         } else {
 848                 p->p_runtime += (new_switchtime.tv_usec - switchtime.tv_usec) +
 849                     (new_switchtime.tv_sec - switchtime.tv_sec) * (int64_t)1000000;
 850         }
 851
 852         /*
 853          * Check if the process exceeds its cpu resource allocation.
 854          * If over max, kill it.
 855          */
 856         if (p->p_stat != SZOMB && p->p_limit->p_cpulimit != RLIM_INFINITY &&
 857             p->p_runtime > p->p_limit->p_cpulimit) {
 858                 rlim = &p->p_rlimit[RLIMIT_CPU];
 859                 if (p->p_runtime / (rlim_t)1000000 >= rlim->rlim_max) {
 860                         killproc(p, "exceeded maximum CPU limit");
 861                 } else {
 862                         psignal(p, SIGXCPU);
 863                         if (rlim->rlim_cur < rlim->rlim_max) {
 864                                 /* XXX: we should make a private copy */
 865                                 rlim->rlim_cur += 5;
 866                         }
 867                 }
 868         }
 869
 870         /*
 871          * Pick a new current process and record its start time.
 872          */
 873         cnt.v_swtch++;
 874         switchtime = new_switchtime;
 875         cpu_switch(p);
 876         if (switchtime.tv_sec == 0)
 877                 microuptime(&switchtime);
 878         switchticks = ticks;
 879
 880         splx(x);
 881 }
 882
 883 /*
 884  * Change process state to be runnable,
 885  * placing it on the run queue if it is in memory,
 886  * and awakening the swapper if it isn't in memory.
 887  */
 888 void
 889 setrunnable(p)
 890         register struct proc *p;
 891 {
 892         register int s;
 893
 894         s = splhigh();
 895         switch (p->p_stat) {
 896         case 0:
 897         case SRUN:
 898         case SZOMB:
 899         default:
 900                 panic("setrunnable");
 901         case SSTOP:
 902         case SSLEEP:
 903                 unsleep(p);             /* e.g. when sending signals */
 904                 break;
 905
 906         case SIDL:
 907                 break;
 908         }
 909         p->p_stat = SRUN;
 910         if (p->p_flag & P_INMEM)
 911                 setrunqueue(p);
 912         splx(s);
 913         if (p->p_slptime > 1)
 914                 updatepri(p);
 915         p->p_slptime = 0;
 916         if ((p->p_flag & P_INMEM) == 0) {
 917                 p->p_flag |= P_SWAPINREQ;
 918                 wakeup((caddr_t)&proc0);
 919         }
 920         else
 921                 maybe_resched(p);
 922 }
 923
 924 /*
 925  * Compute the priority of a process when running in user mode.
 926  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
 927  * than that of the current process.
 928  */
 929 void
 930 resetpriority(p)
 931         register struct proc *p;
 932 {
 933         register unsigned int newpriority;
 934
 935         if (p->p_rtprio.type == RTP_PRIO_NORMAL) {
 936                 newpriority = PUSER + p->p_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
 937                     NICE_WEIGHT * p->p_nice;
 938                 newpriority = min(newpriority, MAXPRI);
 939                 p->p_usrpri = newpriority;
 940         }
 941         maybe_resched(p);
 942 }
 943
 944 /*
 945  * Compute a tenex style load average of a quantity on
 946  * 1, 5 and 15 minute intervals.
 947  */
 948 static void
 949 loadav(void *arg)
 950 {
 951         int i, nrun;
 952         struct loadavg *avg;
 953         struct proc *p;
 954
 955         avg = &averunnable;
 956         nrun = 0;
 957         LIST_FOREACH(p, &allproc, p_list) {
 958                 switch (p->p_stat) {
 959                 case SRUN:
 960                 case SIDL:
 961                         nrun++;
 962                 }
 963         }
 964         for (i = 0; i < 3; i++)
 965                 avg->ldavg[i] = (cexp[i] * avg->ldavg[i] +
 966                     nrun * FSCALE * (FSCALE - cexp[i])) >> FSHIFT;
 967
 968         /*
 969          * Schedule the next update to occur after 5 seconds, but add a
 970          * random variation to avoid synchronisation with processes that
 971          * run at regular intervals.
 972          */
 973         callout_reset(&loadav_callout, hz * 4 + (int)(random() % (hz * 2 + 1)),
 974             loadav, NULL);
 975 }
 976
 977 /* ARGSUSED */
 978 static void
 979 sched_setup(dummy)
 980         void *dummy;
 981 {
 982
 983         callout_init(&loadav_callout);
 984
 985         /* Kick off timeout driven events by calling first time. */
 986         roundrobin(NULL);
 987         schedcpu(NULL);
 988         loadav(NULL);
 989 }
 990
 991 /*
 992  * We adjust the priority of the current process.  The priority of
 993  * a process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
 994  * estimator (p_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
 995  * compute a different priority each time p_estcpu increases by
 996  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT
 997  * (until MAXPRI is reached).  The cpu usage estimator ramps up
 998  * quite quickly when the process is running (linearly), and decays
 999  * away exponentially, at a rate which is proportionally slower when
1000  * the system is busy.  The basic principle is that the system will
1001  * 90% forget that the process used a lot of CPU time in 5 * loadav
1002  * seconds.  This causes the system to favor processes which haven't
1003  * run much recently, and to round-robin among other processes.
1004  */
1005 void
1006 schedclock(p)
1007         struct proc *p;
1008 {
1009
1010         p->p_cpticks++;
1011         p->p_estcpu = ESTCPULIM(p->p_estcpu + 1);
1012         if ((p->p_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
1013                 resetpriority(p);
1014                 if (p->p_priority >= PUSER)
1015                         p->p_priority = p->p_usrpri;
1016         }
1017 }