sys/kern/kern_clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2004, Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   3  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
   4  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   7  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   8  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   9  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
  10  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  11  *
  12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  13  * modification, are permitted provided that the following conditions
  14  * are met:
  15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  21  *    must display the following acknowledgement:
  22  *      This product includes software developed by the University of
  23  *      California, Berkeley and its contributors.
  24  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  25  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  26  *    without specific prior written permission.
  27  *
  28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  29  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  30  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  31  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  32  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  33  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  34  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  35  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  36  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  37  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  38  * SUCH DAMAGE.
  39  *
  40  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  41  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  42  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.19 2004/04/03 05:30:10 dillon Exp $
  43  */
  44
  45 #include "opt_ntp.h"
  46
  47 #include <sys/param.h>
  48 #include <sys/systm.h>
  49 #include <sys/dkstat.h>
  50 #include <sys/callout.h>
  51 #include <sys/kernel.h>
  52 #include <sys/proc.h>
  53 #include <sys/malloc.h>
  54 #include <sys/resourcevar.h>
  55 #include <sys/signalvar.h>
  56 #include <sys/timex.h>
  57 #include <sys/timepps.h>
  58 #include <vm/vm.h>
  59 #include <sys/lock.h>
  60 #include <vm/pmap.h>
  61 #include <vm/vm_map.h>
  62 #include <sys/sysctl.h>
  63 #include <sys/thread2.h>
  64
  65 #include <machine/cpu.h>
  66 #include <machine/limits.h>
  67 #include <machine/smp.h>
  68
  69 #ifdef GPROF
  70 #include <sys/gmon.h>
  71 #endif
  72
  73 #ifdef DEVICE_POLLING
  74 extern void init_device_poll(void);
  75 extern void hardclock_device_poll(void);
  76 #endif /* DEVICE_POLLING */
  77
  78 static void initclocks (void *dummy);
  79 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
  80
  81 /*
  82  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
  83  * Note that cp_time[] counts in microseconds, but most userland programs
  84  * just compare relative times against the total by delta.
  85  */
  86 long cp_time[CPUSTATES];
  87
  88 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
  89     "LU", "CPU time statistics");
  90
  91 long tk_cancc;
  92 long tk_nin;
  93 long tk_nout;
  94 long tk_rawcc;
  95
  96 /*
  97  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
  98  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
  99  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 100  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 101  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 102  *
 103  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  Chunky
 104  * changes to the time, aka settimeofday(), are made by modifying basetime.
 105  *
 106  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 107  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 108  * the real time.
 109  */
 110 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 111 struct timespec basetime;       /* base time adjusts uptime -> realtime */
 112 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 113
 114 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 115     &boottime, timeval, "System boottime");
 116 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLFLAG_RD,
 117     &basetime, timeval, "System basetime");
 118
 119 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 120 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 121 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 122
 123 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 124 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 125 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 126
 127 /*
 128  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 129  */
 130 /* ARGSUSED*/
 131 static void
 132 initclocks(void *dummy)
 133 {
 134         cpu_initclocks();
 135 #ifdef DEVICE_POLLING
 136         init_device_poll();
 137 #endif
 138         /*psratio = profhz / stathz;*/
 139         initclocks_pcpu();
 140 }
 141
 142 /*
 143  * Called on a per-cpu basis
 144  */
 145 void
 146 initclocks_pcpu(void)
 147 {
 148         struct globaldata *gd = mycpu;
 149
 150         crit_enter();
 151         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 152             gd->gd_time_seconds = 1;
 153             gd->gd_cpuclock_base = cputimer_count();
 154         } else {
 155             /* XXX */
 156             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 157             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 158         }
 159         systimer_init_periodic(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 160         systimer_init_periodic(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 161         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 162         systimer_init_periodic(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 163                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 164         crit_exit();
 165 }
 166
 167 /*
 168  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 169  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 170  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 171  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 172  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 173  */
 174 void
 175 set_timeofday(struct timespec *ts)
 176 {
 177         struct timespec ts2;
 178
 179         /*
 180          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 181          */
 182         crit_enter();
 183         nanouptime(&ts2);
 184         basetime.tv_sec = ts->tv_sec - ts2.tv_sec;
 185         basetime.tv_nsec = ts->tv_nsec - ts2.tv_nsec;
 186         if (basetime.tv_nsec < 0) {
 187             basetime.tv_nsec += 1000000000;
 188             --basetime.tv_sec;
 189         }
 190         boottime.tv_sec = basetime.tv_sec - mycpu->gd_time_seconds;
 191         timedelta = 0;
 192         crit_exit();
 193 }
 194
 195 /*
 196  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 197  * on cpu #0.
 198  *
 199  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 200  * manipulate objects owned by the current cpu.
 201  */
 202 static void
 203 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 204 {
 205         sysclock_t cputicks;
 206         struct proc *p;
 207         struct pstats *pstats;
 208         struct globaldata *gd = mycpu;
 209
 210         /*
 211          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 212          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 213          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 214          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 215          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 216          * stay in synch.
 217          *
 218          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 219          * to reverse index gd_cpuclock_base.
 220          */
 221         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 222         if (cputicks > cputimer_freq) {
 223                 ++gd->gd_time_seconds;
 224                 gd->gd_cpuclock_base += cputimer_freq;
 225         }
 226
 227         /*
 228          * The system-wide ticks and softticks are only updated by cpu #0.
 229          * Callwheel actions are also (at the moment) only handled by cpu #0.
 230          * Finally, we also do NTP related timedelta/tickdelta adjustments
 231          * by adjusting basetime.
 232          */
 233         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 234             struct timespec nts;
 235             int leap;
 236
 237             ++ticks;
 238
 239 #ifdef DEVICE_POLLING
 240             hardclock_device_poll();    /* mpsafe, short and quick */
 241 #endif /* DEVICE_POLLING */
 242
 243             if (TAILQ_FIRST(&callwheel[ticks & callwheelmask]) != NULL) {
 244                 setsoftclock();
 245             } else if (softticks + 1 == ticks) {
 246                 ++softticks;
 247             }
 248
 249 #if 0
 250             if (tco->tc_poll_pps)
 251                 tco->tc_poll_pps(tco);
 252 #endif
 253             /*
 254              * Apply adjtime corrections.  At the moment only do this if
 255              * we can get the MP lock to interlock with adjtime's modification
 256              * of these variables.  Note that basetime adjustments are not
 257              * MP safe either XXX.
 258              */
 259             if (timedelta != 0 && try_mplock()) {
 260                 basetime.tv_nsec += tickdelta * 1000;
 261                 if (basetime.tv_nsec >= 1000000000) {
 262                     basetime.tv_nsec -= 1000000000;
 263                     ++basetime.tv_sec;
 264                 } else if (basetime.tv_nsec < 0) {
 265                     basetime.tv_nsec += 1000000000;
 266                     --basetime.tv_sec;
 267                 }
 268                 timedelta -= tickdelta;
 269                 rel_mplock();
 270             }
 271
 272             /*
 273              * Apply per-tick compensation.  ticks_adj adjusts for both
 274              * offset and frequency, and could be negative.
 275              */
 276             if (nsec_adj != 0 && try_mplock()) {
 277                 nsec_acc += nsec_adj;
 278                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 279                     basetime.tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 280                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 281                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 282                     basetime.tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 283                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 284                 }
 285                 if (basetime.tv_nsec >= 1000000000) {
 286                     basetime.tv_nsec -= 1000000000;
 287                     ++basetime.tv_sec;
 288                 } else if (basetime.tv_nsec < 0) {
 289                     basetime.tv_nsec += 1000000000;
 290                     --basetime.tv_sec;
 291                 }
 292                 rel_mplock();
 293             }
 294
 295             /*
 296              * If the realtime-adjusted seconds hand rolls over then tell
 297              * ntp_update_second() what we did in the last second so it can
 298              * calculate what to do in the next second.  It may also add
 299              * or subtract a leap second.
 300              */
 301             getnanotime(&nts);
 302             if (time_second != nts.tv_sec) {
 303                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 304                 basetime.tv_sec += leap;
 305                 time_second = nts.tv_sec + leap;
 306                 nsec_adj /= hz;
 307             }
 308         }
 309
 310         /*
 311          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 312          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 313          */
 314         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 315                 pstats = p->p_stats;
 316                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 317                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 318                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 319                         psignal(p, SIGVTALRM);
 320                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 321                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 322                         psignal(p, SIGPROF);
 323                 rel_mplock();
 324         }
 325         setdelayed();
 326 }
 327
 328 /*
 329  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 330  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 331  *
 332  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 333  * manipulate objects owned by the current cpu.
 334  *
 335  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 336  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 337  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 338  * p->p_estcpu.
 339  *
 340  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 341  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 342  * interrupted.
 343  */
 344 static void
 345 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 346 {
 347 #ifdef GPROF
 348         struct gmonparam *g;
 349         int i;
 350 #endif
 351         thread_t td;
 352         struct proc *p;
 353         int bump;
 354         struct timeval tv;
 355         struct timeval *stv;
 356
 357         /*
 358          * How big was our timeslice relative to the last time?
 359          */
 360         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 361         stv = &mycpu->gd_stattv;
 362         if (stv->tv_sec == 0) {
 363             bump = 1;
 364         } else {
 365             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 366                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 367             if (bump < 0)
 368                 bump = 0;
 369             if (bump > 1000000)
 370                 bump = 1000000;
 371         }
 372         *stv = tv;
 373
 374         td = curthread;
 375         p = td->td_proc;
 376
 377         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 378                 /*
 379                  * Came from userland, handle user time and deal with
 380                  * possible process.
 381                  */
 382                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 383                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 384                 td->td_uticks += bump;
 385
 386                 /*
 387                  * Charge the time as appropriate
 388                  */
 389                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 390                         cp_time[CP_NICE] += bump;
 391                 else
 392                         cp_time[CP_USER] += bump;
 393         } else {
 394 #ifdef GPROF
 395                 /*
 396                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 397                  */
 398                 g = &_gmonparam;
 399                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 400                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 401                         if (i < g->textsize) {
 402                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 403                                 g->kcount[i]++;
 404                         }
 405                 }
 406 #endif
 407                 /*
 408                  * Came from kernel mode, so we were:
 409                  * - handling an interrupt,
 410                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 411                  *   user process, or
 412                  * - spinning in the idle loop.
 413                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 414                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 415                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 416                  * so that we know how much of its real time was spent
 417                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 418                  *
 419                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 420                  * can occur if ipi processing is done from an splx().
 421                  */
 422                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 423                         td->td_iticks += bump;
 424                 else
 425                         td->td_sticks += bump;
 426
 427                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 428                         cp_time[CP_INTR] += bump;
 429                 } else {
 430                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 431                                 cp_time[CP_IDLE] += bump;
 432                         else
 433                                 cp_time[CP_SYS] += bump;
 434                 }
 435         }
 436 }
 437
 438 /*
 439  * The scheduler clock typically runs at a 20Hz rate.  NOTE! systimer,
 440  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 441  * but that's about it.
 442  */
 443 static void
 444 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 445 {
 446         struct proc *p;
 447         struct pstats *pstats;
 448         struct rusage *ru;
 449         struct vmspace *vm;
 450         long rss;
 451
 452         schedulerclock(NULL);   /* mpsafe */
 453         if ((p = curproc) != NULL) {
 454                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 455                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 456                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 457                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 458                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 459                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 460                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 461                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 462                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 463                                 ru->ru_maxrss = rss;
 464                 }
 465         }
 466 }
 467
 468 /*
 469  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 470  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 471  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 472  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 473  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 474  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 475  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 476  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 477  *
 478  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 479  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 480  * the unsigned long maximum.
 481  *
 482  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 483  * 10ms ticks is 248 days.
 484  */
 485 int
 486 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 487 {
 488         int ticks;
 489         long sec, usec;
 490
 491         sec = tv->tv_sec;
 492         usec = tv->tv_usec;
 493         if (usec < 0) {
 494                 sec--;
 495                 usec += 1000000;
 496         }
 497         if (sec < 0) {
 498 #ifdef DIAGNOSTIC
 499                 if (usec > 0) {
 500                         sec++;
 501                         usec -= 1000000;
 502                 }
 503                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 504                        sec, usec);
 505 #endif
 506                 ticks = 1;
 507         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 508                 ticks = (int)(sec * hz +
 509                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 510         } else {
 511                 ticks = INT_MAX;
 512         }
 513         return (ticks);
 514 }
 515
 516 /*
 517  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 518  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 519  * of ticks will not result in a late return.
 520  *
 521  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 522  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 523  * 1 tick.
 524  *
 525  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 526  * 10ms ticks is 248 days.
 527  */
 528 int
 529 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 530 {
 531         int ticks;
 532         long sec;
 533
 534         sec = tv->tv_sec;
 535         if (sec <= INT_MAX / hz)
 536                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 537         else
 538                 ticks = INT_MAX;
 539         return (ticks);
 540 }
 541
 542
 543 /*
 544  * Start profiling on a process.
 545  *
 546  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 547  * keeps the profile clock running constantly.
 548  */
 549 void
 550 startprofclock(struct proc *p)
 551 {
 552         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 553                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 554 #if 0   /* XXX */
 555                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 556                         s = splstatclock();
 557                         psdiv = psratio;
 558                         setstatclockrate(profhz);
 559                         splx(s);
 560                 }
 561 #endif
 562         }
 563 }
 564
 565 /*
 566  * Stop profiling on a process.
 567  */
 568 void
 569 stopprofclock(struct proc *p)
 570 {
 571         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 572                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 573 #if 0   /* XXX */
 574                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 575                         s = splstatclock();
 576                         psdiv = 1;
 577                         setstatclockrate(stathz);
 578                         splx(s);
 579                 }
 580 #endif
 581         }
 582 }
 583
 584 /*
 585  * Return information about system clocks.
 586  */
 587 static int
 588 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 589 {
 590         struct clockinfo clkinfo;
 591         /*
 592          * Construct clockinfo structure.
 593          */
 594         clkinfo.hz = hz;
 595         clkinfo.tick = tick;
 596         clkinfo.tickadj = tickadj;
 597         clkinfo.profhz = profhz;
 598         clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
 599         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 600 }
 601
 602 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 603         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 604
 605 /*
 606  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 607  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 608  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 609  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 610  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 611  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 612  * time relative to system boot, these are well suited for time
 613  * interval measurements.
 614  *
 615  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 616  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 617  * check on the seconds field changing out from under us.
 618  */
 619 void
 620 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 621 {
 622         struct globaldata *gd = mycpu;
 623         sysclock_t delta;
 624
 625         do {
 626                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 627                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 628         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 629         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 630         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 631                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 632                 ++tvp->tv_sec;
 633         }
 634 }
 635
 636 void
 637 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 638 {
 639         struct globaldata *gd = mycpu;
 640         sysclock_t delta;
 641
 642         do {
 643                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 644                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 645         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 646         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 647         if (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 648                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 649                 ++tsp->tv_sec;
 650         }
 651 }
 652
 653 void
 654 microuptime(struct timeval *tvp)
 655 {
 656         struct globaldata *gd = mycpu;
 657         sysclock_t delta;
 658
 659         do {
 660                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 661                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 662         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 663         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 664         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 665                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 666                 ++tvp->tv_sec;
 667         }
 668 }
 669
 670 void
 671 nanouptime(struct timespec *tsp)
 672 {
 673         struct globaldata *gd = mycpu;
 674         sysclock_t delta;
 675
 676         do {
 677                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 678                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 679         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 680         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 681         if (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 682                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 683                 ++tsp->tv_sec;
 684         }
 685 }
 686
 687 /*
 688  * realtime routines
 689  */
 690
 691 void
 692 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 693 {
 694         struct globaldata *gd = mycpu;
 695         sysclock_t delta;
 696
 697         do {
 698                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 699                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 700         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 701         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 702
 703         tvp->tv_sec += basetime.tv_sec;
 704         tvp->tv_usec += basetime.tv_nsec / 1000;
 705         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 706                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 707                 ++tvp->tv_sec;
 708         }
 709 }
 710
 711 void
 712 getnanotime(struct timespec *tsp)
 713 {
 714         struct globaldata *gd = mycpu;
 715         sysclock_t delta;
 716
 717         do {
 718                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 719                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 720         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 721         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 722
 723         tsp->tv_sec += basetime.tv_sec;
 724         tsp->tv_nsec += basetime.tv_nsec;
 725         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 726                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 727                 ++tsp->tv_sec;
 728         }
 729 }
 730
 731 void
 732 microtime(struct timeval *tvp)
 733 {
 734         struct globaldata *gd = mycpu;
 735         sysclock_t delta;
 736
 737         do {
 738                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 739                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 740         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 741         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 742
 743         tvp->tv_sec += basetime.tv_sec;
 744         tvp->tv_usec += basetime.tv_nsec / 1000;
 745         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 746                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 747                 ++tvp->tv_sec;
 748         }
 749 }
 750
 751 void
 752 nanotime(struct timespec *tsp)
 753 {
 754         struct globaldata *gd = mycpu;
 755         sysclock_t delta;
 756
 757         do {
 758                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 759                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 760         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 761         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 762
 763         tsp->tv_sec += basetime.tv_sec;
 764         tsp->tv_nsec += basetime.tv_nsec;
 765         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 766                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 767                 ++tsp->tv_sec;
 768         }
 769 }
 770
 771 int
 772 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
 773 {
 774         pps_params_t *app;
 775         struct pps_fetch_args *fapi;
 776 #ifdef PPS_SYNC
 777         struct pps_kcbind_args *kapi;
 778 #endif
 779
 780         switch (cmd) {
 781         case PPS_IOC_CREATE:
 782                 return (0);
 783         case PPS_IOC_DESTROY:
 784                 return (0);
 785         case PPS_IOC_SETPARAMS:
 786                 app = (pps_params_t *)data;
 787                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
 788                         return (EINVAL);
 789                 pps->ppsparam = *app;
 790                 return (0);
 791         case PPS_IOC_GETPARAMS:
 792                 app = (pps_params_t *)data;
 793                 *app = pps->ppsparam;
 794                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
 795                 return (0);
 796         case PPS_IOC_GETCAP:
 797                 *(int*)data = pps->ppscap;
 798                 return (0);
 799         case PPS_IOC_FETCH:
 800                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
 801                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 802                         return (EINVAL);
 803                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
 804                         return (EOPNOTSUPP);
 805                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
 806                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
 807                 return (0);
 808         case PPS_IOC_KCBIND:
 809 #ifdef PPS_SYNC
 810                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
 811                 /* XXX Only root should be able to do this */
 812                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 813                         return (EINVAL);
 814                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
 815                         return (EINVAL);
 816                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
 817                         return (EINVAL);
 818                 pps->kcmode = kapi->edge;
 819                 return (0);
 820 #else
 821                 return (EOPNOTSUPP);
 822 #endif
 823         default:
 824                 return (ENOTTY);
 825         }
 826 }
 827
 828 void
 829 pps_init(struct pps_state *pps)
 830 {
 831         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
 832         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
 833                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
 834         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
 835                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
 836 }
 837
 838 void
 839 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
 840 {
 841         struct globaldata *gd;
 842         struct timespec *tsp;
 843         struct timespec *osp;
 844         struct timespec ts;
 845         sysclock_t *pcount;
 846 #ifdef PPS_SYNC
 847         sysclock_t tcount;
 848 #endif
 849         sysclock_t delta;
 850         pps_seq_t *pseq;
 851         int foff;
 852         int fhard;
 853
 854         gd = mycpu;
 855
 856         /* Things would be easier with arrays... */
 857         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
 858                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
 859                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
 860                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
 861                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
 862                 pcount = &pps->ppscount[0];
 863                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
 864         } else {
 865                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
 866                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
 867                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
 868                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
 869                 pcount = &pps->ppscount[1];
 870                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
 871         }
 872
 873         /* Nothing really happened */
 874         if (*pcount == count)
 875                 return;
 876
 877         *pcount = count;
 878
 879         do {
 880                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 881                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
 882         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 883         if (delta > cputimer_freq) {
 884                 ts.tv_sec += delta / cputimer_freq;
 885                 delta %= cputimer_freq;
 886         }
 887         ts.tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 888         ts.tv_sec += basetime.tv_sec;
 889         ts.tv_nsec += basetime.tv_nsec;
 890         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
 891                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
 892                 ++ts.tv_sec;
 893         }
 894
 895         (*pseq)++;
 896         *tsp = ts;
 897
 898         if (foff) {
 899                 timespecadd(tsp, osp);
 900                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
 901                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
 902                         tsp->tv_sec -= 1;
 903                 }
 904         }
 905 #ifdef PPS_SYNC
 906         if (fhard) {
 907                 /* magic, at its best... */
 908                 tcount = count - pps->ppscount[2];
 909                 pps->ppscount[2] = count;
 910                 delta = (cputimer_freq64_nsec * tcount) >> 32;
 911                 hardpps(tsp, delta);
 912         }
 913 #endif
 914 }
 915