kernel - Make the wdog.h and gpio.h includes conditional in kern_shutdown.c.
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_clock.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003,2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * 
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  * 
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  * 
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  * 
34  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
35  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
36  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
37  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
38  * All or some portions of this file are derived from material licensed
39  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
40  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
41  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
42  *
43  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
44  * modification, are permitted provided that the following conditions
45  * are met:
46  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
47  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
48  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
49  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
50  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
51  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
52  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
53  *    without specific prior written permission.
54  *
55  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
56  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
57  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
58  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
59  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
60  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
61  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
62  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
63  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
64  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
65  * SUCH DAMAGE.
66  *
67  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
68  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
69  */
70
71 #include "opt_ntp.h"
72 #include "opt_pctrack.h"
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/callout.h>
77 #include <sys/kernel.h>
78 #include <sys/kinfo.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/malloc.h>
81 #include <sys/resource.h>
82 #include <sys/resourcevar.h>
83 #include <sys/signalvar.h>
84 #include <sys/priv.h>
85 #include <sys/timex.h>
86 #include <sys/timepps.h>
87 #include <sys/upmap.h>
88 #include <sys/lock.h>
89 #include <sys/sysctl.h>
90 #include <sys/kcollect.h>
91
92 #include <vm/vm.h>
93 #include <vm/pmap.h>
94 #include <vm/vm_map.h>
95 #include <vm/vm_extern.h>
96
97 #include <sys/thread2.h>
98 #include <sys/spinlock2.h>
99
100 #include <machine/cpu.h>
101 #include <machine/limits.h>
102 #include <machine/smp.h>
103 #include <machine/cpufunc.h>
104 #include <machine/specialreg.h>
105 #include <machine/clock.h>
106
107 #ifdef GPROF
108 #include <sys/gmon.h>
109 #endif
110
111 #ifdef DEBUG_PCTRACK
112 static void do_pctrack(struct intrframe *frame, int which);
113 #endif
114
115 static void initclocks (void *dummy);
116 SYSINIT(clocks, SI_BOOT2_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL);
117
118 /*
119  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
120  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
121  * just compare relative times against the total by delta.
122  */
123 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
124 #ifdef DEBUG_PCTRACK
125 struct kinfo_pcheader cputime_pcheader = { PCTRACK_SIZE, PCTRACK_ARYSIZE };
126 struct kinfo_pctrack cputime_pctrack[MAXCPU][PCTRACK_SIZE];
127 #endif
128
129 static int sniff_enable = 1;
130 static int sniff_target = -1;
131 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, sniff_enable, CTLFLAG_RW, &sniff_enable, 0 , "");
132 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, sniff_target, CTLFLAG_RW, &sniff_target, 0 , "");
133
134 static int
135 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
136 {
137         int cpu, error = 0;
138         int root_error;
139         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
140         struct kinfo_cputime tmp;
141
142         /*
143          * NOTE: For security reasons, only root can sniff %rip
144          */
145         root_error = priv_check_cred(curthread->td_ucred, PRIV_ROOT, 0);
146
147         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
148                 tmp = cputime_percpu[cpu];
149                 if (root_error == 0) {
150                         tmp.cp_sample_pc =
151                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_pc;
152                         tmp.cp_sample_sp =
153                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_sp;
154                 }
155                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &tmp, size)) != 0)
156                         break;
157         }
158
159         if (root_error == 0) {
160                 if (sniff_enable) {
161                         int n = sniff_target;
162                         if (n < 0)
163                                 smp_sniff();
164                         else if (n < ncpus)
165                                 cpu_sniff(n);
166                 }
167         }
168
169         return (error);
170 }
171 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
172         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
173
174 static int
175 sysctl_cp_time(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
176 {
177         long cpu_states[CPUSTATES] = {0};
178         int cpu, error = 0;
179         size_t size = sizeof(cpu_states);
180
181         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
182                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[cpu].cp_user;
183                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[cpu].cp_nice;
184                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[cpu].cp_sys;
185                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[cpu].cp_intr;
186                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[cpu].cp_idle;
187         }
188
189         error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
190
191         return (error);
192 }
193
194 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_time, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
195     sysctl_cp_time, "LU", "CPU time statistics");
196
197 static int
198 sysctl_cp_times(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
199 {
200         long cpu_states[CPUSTATES] = {0};
201         int cpu, error;
202         size_t size = sizeof(cpu_states);
203
204         for (error = 0, cpu = 0; error == 0 && cpu < ncpus; ++cpu) {
205                 cpu_states[CP_USER] = cputime_percpu[cpu].cp_user;
206                 cpu_states[CP_NICE] = cputime_percpu[cpu].cp_nice;
207                 cpu_states[CP_SYS] = cputime_percpu[cpu].cp_sys;
208                 cpu_states[CP_INTR] = cputime_percpu[cpu].cp_intr;
209                 cpu_states[CP_IDLE] = cputime_percpu[cpu].cp_idle;
210                 error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
211         }
212
213         return (error);
214 }
215
216 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_times, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
217     sysctl_cp_times, "LU", "per-CPU time statistics");
218
219 /*
220  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
221  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
222  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
223  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
224  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
225  *
226  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
227  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
228  * the real time.
229  *
230  * WARNING! time_second can backstep on time corrections. Also, unlike
231  *          time_second, time_uptime is not a "real" time_t (seconds
232  *          since the Epoch) but seconds since booting.
233  */
234 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
235 time_t time_second;             /* read-only 'passive' realtime in seconds */
236 time_t time_uptime;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
237
238 /*
239  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
240  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(), 
241  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
242  *
243  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
244  * gd_cpuclock_base.
245  *
246  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
247  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
248  * interrupt races on UP systems.
249  */
250 struct hardtime {
251         __uint32_t time_second;
252         sysclock_t cpuclock_base;
253 };
254
255 #define BASETIME_ARYSIZE        16
256 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
257 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
258 static struct hardtime hardtime[BASETIME_ARYSIZE];
259 static volatile int basetime_index;
260
261 static int
262 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
263 {
264         struct timespec *bt;
265         int error;
266         int index;
267
268         /*
269          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
270          * a load fence is required to ensure that the data we read has
271          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
272          */
273         index = basetime_index;
274         cpu_lfence();
275         bt = &basetime[index];
276         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
277         return (error);
278 }
279
280 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
281     &boottime, timespec, "System boottime");
282 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
283     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
284
285 static void hardclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
286 static void statclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
287 static void schedclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
288 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
289
290 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
291 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
292 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
293 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
294 int     sched_ticks;            /* global schedule clock ticks */
295
296 /* NTPD time correction fields */
297 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
298 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
299 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
300 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
301 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
302 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
303 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
304 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
305 struct spinlock ntp_spin;
306
307 /*
308  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
309  */
310 /* ARGSUSED*/
311 static void
312 initclocks(void *dummy)
313 {
314         /*psratio = profhz / stathz;*/
315         spin_init(&ntp_spin, "ntp");
316         initclocks_pcpu();
317         clocks_running = 1;
318         if (kpmap) {
319             kpmap->tsc_freq = tsc_frequency;
320             kpmap->tick_freq = hz;
321         }
322 }
323
324 /*
325  * Called on a per-cpu basis from the idle thread bootstrap on each cpu
326  * during SMP initialization.
327  *
328  * This routine is called concurrently during low-level SMP initialization
329  * and may not block in any way.  Meaning, among other things, we can't
330  * acquire any tokens.
331  */
332 void
333 initclocks_pcpu(void)
334 {
335         struct globaldata *gd = mycpu;
336
337         crit_enter();
338         if (gd->gd_cpuid == 0) {
339             gd->gd_time_seconds = 1;
340             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
341             hardtime[0].time_second = gd->gd_time_seconds;
342             hardtime[0].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
343         } else {
344             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
345             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
346         }
347
348         systimer_intr_enable();
349
350         crit_exit();
351 }
352
353 /*
354  * Called on a 10-second interval after the system is operational.
355  * Return the collection data for USERPCT and install the data for
356  * SYSTPCT and IDLEPCT.
357  */
358 static
359 uint64_t
360 collect_cputime_callback(int n)
361 {
362         static long cpu_base[CPUSTATES];
363         long cpu_states[CPUSTATES];
364         long total;
365         long acc;
366         long lsb;
367
368         bzero(cpu_states, sizeof(cpu_states));
369         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
370                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[n].cp_user;
371                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[n].cp_nice;
372                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[n].cp_sys;
373                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[n].cp_intr;
374                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[n].cp_idle;
375         }
376
377         acc = 0;
378         for (n = 0; n < CPUSTATES; ++n) {
379                 total = cpu_states[n] - cpu_base[n];
380                 cpu_base[n] = cpu_states[n];
381                 cpu_states[n] = total;
382                 acc += total;
383         }
384         if (acc == 0)           /* prevent degenerate divide by 0 */
385                 acc = 1;
386         lsb = acc / (10000 * 2);
387         kcollect_setvalue(KCOLLECT_SYSTPCT,
388                           (cpu_states[CP_SYS] + lsb) * 10000 / acc);
389         kcollect_setvalue(KCOLLECT_IDLEPCT,
390                           (cpu_states[CP_IDLE] + lsb) * 10000 / acc);
391         kcollect_setvalue(KCOLLECT_INTRPCT,
392                           (cpu_states[CP_INTR] + lsb) * 10000 / acc);
393         return((cpu_states[CP_USER] + cpu_states[CP_NICE] + lsb) * 10000 / acc);
394 }
395
396 /*
397  * This routine is called on just the BSP, just after SMP initialization
398  * completes to * finish initializing any clocks that might contend/block
399  * (e.g. like on a token).  We can't do this in initclocks_pcpu() because
400  * that function is called from the idle thread bootstrap for each cpu and
401  * not allowed to block at all.
402  */
403 static
404 void
405 initclocks_other(void *dummy)
406 {
407         struct globaldata *ogd = mycpu;
408         struct globaldata *gd;
409         int n;
410
411         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
412                 lwkt_setcpu_self(globaldata_find(n));
413                 gd = mycpu;
414
415                 /*
416                  * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple
417                  * ticks from building up if the sysclock jumps forward
418                  * (8254 gets reset).  The sysclock will never jump backwards.
419                  * Our time sync is based on the actual sysclock, not the
420                  * ticks count.
421                  *
422                  * Install statclock before hardclock to prevent statclock
423                  * from misinterpreting gd_flags for tick assignment when
424                  * they overlap.
425                  */
426                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_statclock, statclock,
427                                           NULL, stathz,
428                                           SYSTF_MSSYNC | SYSTF_FIRST);
429                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_hardclock, hardclock,
430                                           NULL, hz, SYSTF_MSSYNC);
431         }
432         lwkt_setcpu_self(ogd);
433
434         /*
435          * Regular data collection
436          */
437         kcollect_register(KCOLLECT_USERPCT, "user", collect_cputime_callback,
438                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_USERPCT_FORMAT, 0));
439         kcollect_register(KCOLLECT_SYSTPCT, "syst", NULL,
440                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_SYSTPCT_FORMAT, 0));
441         kcollect_register(KCOLLECT_IDLEPCT, "idle", NULL,
442                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_IDLEPCT_FORMAT, 0));
443 }
444 SYSINIT(clocks2, SI_BOOT2_POST_SMP, SI_ORDER_ANY, initclocks_other, NULL);
445
446 /*
447  * This method is called on just the BSP, after all the usched implementations
448  * are initialized. This avoids races between usched initialization functions
449  * and usched_schedulerclock().
450  */
451 static
452 void
453 initclocks_usched(void *dummy)
454 {
455         struct globaldata *ogd = mycpu;
456         struct globaldata *gd;
457         int n;
458
459         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
460                 lwkt_setcpu_self(globaldata_find(n));
461                 gd = mycpu;
462
463                 /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
464                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_schedclock, schedclock,
465                                           NULL, ESTCPUFREQ, SYSTF_MSSYNC);
466         }
467         lwkt_setcpu_self(ogd);
468 }
469 SYSINIT(clocks3, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_ANY, initclocks_usched, NULL);
470
471 /*
472  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
473  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
474  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
475  * time of day.  This way the gd_* fields are guaranteed to represent
476  * a monotonically increasing 'uptime' value.
477  *
478  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
479  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
480  */
481 void
482 set_timeofday(struct timespec *ts)
483 {
484         struct timespec *nbt;
485         int ni;
486
487         /*
488          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
489          */
490         crit_enter();
491         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
492         cpu_lfence();
493         nbt = &basetime[ni];
494         nanouptime(nbt);
495         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
496         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
497         if (nbt->tv_nsec < 0) {
498             nbt->tv_nsec += 1000000000;
499             --nbt->tv_sec;
500         }
501
502         /*
503          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
504          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
505          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
506          * can simply assign boottime to basetime.  
507          *
508          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
509          * compensated up to a point (it is guaranteed to remain monotonically
510          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
511          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
512          * into account in the basetime calculation above.
513          */
514         spin_lock(&ntp_spin);
515         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
516         ntp_delta = 0;
517
518         /*
519          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
520          * then update the index.
521          */
522         cpu_sfence();
523         basetime_index = ni;
524         spin_unlock(&ntp_spin);
525
526         crit_exit();
527 }
528         
529 /*
530  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
531  * on cpu #0.
532  *
533  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
534  * manipulate objects owned by the current cpu.
535  */
536 static void
537 hardclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
538 {
539         sysclock_t cputicks;
540         struct proc *p;
541         struct globaldata *gd = mycpu;
542
543         if ((gd->gd_reqflags & RQF_IPIQ) == 0 && lwkt_need_ipiq_process(gd)) {
544                 /* Defer to doreti on passive IPIQ processing */
545                 need_ipiq();
546         }
547
548         /*
549          * We update the compensation base to calculate fine-grained time
550          * from the sys_cputimer on a per-cpu basis in order to avoid
551          * having to mess around with locks.  sys_cputimer is assumed to
552          * be consistent across all cpus.  CPU N copies the base state from
553          * CPU 0 using the same FIFO trick that we use for basetime (so we
554          * don't catch a CPU 0 update in the middle).
555          *
556          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
557          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
558          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
559          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
560          * timers count events, though everything should resynch again
561          * immediately.
562          */
563         if (gd->gd_cpuid == 0) {
564                 int ni;
565
566                 cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
567                 if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
568                         cputicks /= sys_cputimer->freq;
569                         if (cputicks != 0 && cputicks != 1)
570                                 kprintf("Warning: hardclock missed > 1 sec\n");
571                         gd->gd_time_seconds += cputicks;
572                         gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq * cputicks;
573                         /* uncorrected monotonic 1-sec gran */
574                         time_uptime += cputicks;
575                 }
576                 ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
577                 hardtime[ni].time_second = gd->gd_time_seconds;
578                 hardtime[ni].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
579         } else {
580                 int ni;
581
582                 ni = basetime_index;
583                 cpu_lfence();
584                 gd->gd_time_seconds = hardtime[ni].time_second;
585                 gd->gd_cpuclock_base = hardtime[ni].cpuclock_base;
586         }
587
588         /*
589          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
590          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
591          * by updating basetime.
592          */
593         if (gd->gd_cpuid == 0) {
594             struct timespec *nbt;
595             struct timespec nts;
596             int leap;
597             int ni;
598
599             ++ticks;
600
601 #if 0
602             if (tco->tc_poll_pps) 
603                 tco->tc_poll_pps(tco);
604 #endif
605
606             /*
607              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
608              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
609              * with the current basetime and then make adjustments.
610              */
611             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
612             nbt = &basetime[ni];
613             *nbt = basetime[basetime_index];
614
615             /*
616              * ntp adjustments only occur on cpu 0 and are protected by
617              * ntp_spin.  This spinlock virtually never conflicts.
618              */
619             spin_lock(&ntp_spin);
620
621             /*
622              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
623              *
624              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
625              * sufficient to access these variables.
626              */
627             if (ntp_delta != 0) {
628                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
629                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
630                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
631                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
632                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
633                 }
634             }
635
636             /*
637              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
638              */
639             if (ntp_tick_permanent != 0) {
640                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
641                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
642                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
643                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
644                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
645                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
646                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
647                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
648                 }
649             }
650
651             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
652                     nbt->tv_sec++;
653                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
654             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
655                     nbt->tv_sec--;
656                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
657             }
658
659             /*
660              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
661              */
662             if (nsec_adj != 0) {
663                 nsec_acc += nsec_adj;
664                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
665                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
666                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
667                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
668                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
669                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
670                 }
671                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
672                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
673                     ++nbt->tv_sec;
674                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
675                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
676                     --nbt->tv_sec;
677                 }
678             }
679             spin_unlock(&ntp_spin);
680
681             /************************************************************
682              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
683              ************************************************************
684              *
685              * Taking into account all the corrections made above, figure
686              * out the new real time.  If the seconds field has changed
687              * then apply any pending leap-second corrections.
688              */
689             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
690
691             if (time_second != nts.tv_sec) {
692                 /*
693                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
694                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
695                  */
696                 if (ntp_leap_second) {
697                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
698                         if (ntp_leap_insert) {
699                             nbt->tv_sec++;
700                             nts.tv_sec++;
701                         } else {
702                             nbt->tv_sec--;
703                             nts.tv_sec--;
704                         }
705                         ntp_leap_second--;
706                     }
707                 }
708
709                 /*
710                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
711                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
712                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
713                  */
714                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
715                 nsec_adj /= hz;
716                 nbt->tv_sec += leap;
717                 nts.tv_sec += leap;
718
719                 /*
720                  * Update the time_second 'approximate time' global.
721                  */
722                 time_second = nts.tv_sec;
723             }
724
725             /*
726              * Finally, our new basetime is ready to go live!
727              */
728             cpu_sfence();
729             basetime_index = ni;
730
731             /*
732              * Update kpmap on each tick.  TS updates are integrated with
733              * fences and upticks allowing userland to read the data
734              * deterministically.
735              */
736             if (kpmap) {
737                 int w;
738
739                 w = (kpmap->upticks + 1) & 1;
740                 getnanouptime(&kpmap->ts_uptime[w]);
741                 getnanotime(&kpmap->ts_realtime[w]);
742                 cpu_sfence();
743                 ++kpmap->upticks;
744                 cpu_sfence();
745             }
746         }
747
748         /*
749          * lwkt thread scheduler fair queueing
750          */
751         lwkt_schedulerclock(curthread);
752
753         /*
754          * softticks are handled for all cpus
755          */
756         hardclock_softtick(gd);
757
758         /*
759          * Rollup accumulated vmstats, copy-back for critical path checks.
760          */
761         vmstats_rollup_cpu(gd);
762         vfscache_rollup_cpu(gd);
763         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
764
765         /*
766          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.
767          *
768          * We must acquire the per-process token in order for ksignal()
769          * to be non-blocking.  For the moment this requires an AST fault,
770          * the ksignal() cannot be safely issued from this hard interrupt.
771          *
772          * XXX Even the trytoken here isn't right, and itimer operation in
773          *     a multi threaded environment is going to be weird at the
774          *     very least.
775          */
776         if ((p = curproc) != NULL && lwkt_trytoken(&p->p_token)) {
777                 crit_enter_hard();
778                 if (p->p_upmap)
779                         ++p->p_upmap->runticks;
780
781                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
782                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
783                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], ustick) == 0) {
784                         p->p_flags |= P_SIGVTALRM;
785                         need_user_resched();
786                 }
787                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
788                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], ustick) == 0) {
789                         p->p_flags |= P_SIGPROF;
790                         need_user_resched();
791                 }
792                 crit_exit_hard();
793                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
794         }
795         setdelayed();
796 }
797
798 /*
799  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
800  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
801  *
802  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
803  * manipulate objects owned by the current cpu.
804  *
805  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
806  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
807  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
808  * p->p_estcpu.
809  *
810  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
811  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
812  * interrupted.
813  */
814 static void
815 statclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
816 {
817 #ifdef GPROF
818         struct gmonparam *g;
819         int i;
820 #endif
821         globaldata_t gd = mycpu;
822         thread_t td;
823         struct proc *p;
824         int bump;
825         sysclock_t cv;
826         sysclock_t scv;
827
828         /*
829          * How big was our timeslice relative to the last time?  Calculate
830          * in microseconds.
831          *
832          * NOTE: Use of microuptime() is typically MPSAFE, but usually not
833          *       during early boot.  Just use the systimer count to be nice
834          *       to e.g. qemu.  The systimer has a better chance of being
835          *       MPSAFE at early boot.
836          */
837         cv = sys_cputimer->count();
838         scv = gd->statint.gd_statcv;
839         if (scv == 0) {
840                 bump = 1;
841         } else {
842                 bump = (sys_cputimer->freq64_usec * (cv - scv)) >> 32;
843                 if (bump < 0)
844                         bump = 0;
845                 if (bump > 1000000)
846                         bump = 1000000;
847         }
848         gd->statint.gd_statcv = cv;
849
850 #if 0
851         stv = &gd->gd_stattv;
852         if (stv->tv_sec == 0) {
853             bump = 1;
854         } else {
855             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
856                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
857             if (bump < 0)
858                 bump = 0;
859             if (bump > 1000000)
860                 bump = 1000000;
861         }
862         *stv = tv;
863 #endif
864
865         td = curthread;
866         p = td->td_proc;
867
868         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
869                 /*
870                  * Came from userland, handle user time and deal with
871                  * possible process.
872                  */
873                 if (p && (p->p_flags & P_PROFIL))
874                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
875                 td->td_uticks += bump;
876
877                 /*
878                  * Charge the time as appropriate
879                  */
880                 if (p && p->p_nice > NZERO)
881                         cpu_time.cp_nice += bump;
882                 else
883                         cpu_time.cp_user += bump;
884         } else {
885                 int intr_nest = gd->gd_intr_nesting_level;
886
887                 if (in_ipi) {
888                         /*
889                          * IPI processing code will bump gd_intr_nesting_level
890                          * up by one, which breaks following CLKF_INTR testing,
891                          * so we subtract it by one here.
892                          */
893                         --intr_nest;
894                 }
895 #ifdef GPROF
896                 /*
897                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
898                  */
899                 g = &_gmonparam;
900                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
901                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
902                         if (i < g->textsize) {
903                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
904                                 g->kcount[i]++;
905                         }
906                 }
907 #endif
908
909 #define IS_INTR_RUNNING ((frame && CLKF_INTR(intr_nest)) || CLKF_INTR_TD(td))
910
911                 /*
912                  * Came from kernel mode, so we were:
913                  * - handling an interrupt,
914                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
915                  *   user process, or
916                  * - spinning in the idle loop.
917                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
918                  * Note that we charge interrupts to the current process,
919                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
920                  * so that we know how much of its real time was spent
921                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
922                  *
923                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame 
924                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
925                  */
926                 if (IS_INTR_RUNNING ||
927                     (gd->gd_reqflags & RQF_INTPEND)) {
928                         /*
929                          * If we interrupted an interrupt thread, well,
930                          * count it as interrupt time.
931                          */
932                         td->td_iticks += bump;
933 #ifdef DEBUG_PCTRACK
934                         if (frame)
935                                 do_pctrack(frame, PCTRACK_INT);
936 #endif
937                         cpu_time.cp_intr += bump;
938                 } else if (gd->gd_flags & GDF_VIRTUSER) {
939                         /*
940                          * The vkernel doesn't do a good job providing trap
941                          * frames that we can test.  If the GDF_VIRTUSER
942                          * flag is set we probably interrupted user mode.
943                          *
944                          * We also use this flag on the host when entering
945                          * VMM mode.
946                          */
947                         td->td_uticks += bump;
948
949                         /*
950                          * Charge the time as appropriate
951                          */
952                         if (p && p->p_nice > NZERO)
953                                 cpu_time.cp_nice += bump;
954                         else
955                                 cpu_time.cp_user += bump;
956                 } else {
957                         td->td_sticks += bump;
958                         if (td == &gd->gd_idlethread) {
959                                 /*
960                                  * We want to count token contention as
961                                  * system time.  When token contention occurs
962                                  * the cpu may only be outside its critical
963                                  * section while switching through the idle
964                                  * thread.  In this situation, various flags
965                                  * will be set in gd_reqflags.
966                                  */
967                                 if (gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_WK_MASK)
968                                         cpu_time.cp_sys += bump;
969                                 else
970                                         cpu_time.cp_idle += bump;
971                         } else {
972                                 /*
973                                  * System thread was running.
974                                  */
975 #ifdef DEBUG_PCTRACK
976                                 if (frame)
977                                         do_pctrack(frame, PCTRACK_SYS);
978 #endif
979                                 cpu_time.cp_sys += bump;
980                         }
981                 }
982
983 #undef IS_INTR_RUNNING
984         }
985 }
986
987 #ifdef DEBUG_PCTRACK
988 /*
989  * Sample the PC when in the kernel or in an interrupt.  User code can
990  * retrieve the information and generate a histogram or other output.
991  */
992
993 static void
994 do_pctrack(struct intrframe *frame, int which)
995 {
996         struct kinfo_pctrack *pctrack;
997
998         pctrack = &cputime_pctrack[mycpu->gd_cpuid][which];
999         pctrack->pc_array[pctrack->pc_index & PCTRACK_ARYMASK] = 
1000                 (void *)CLKF_PC(frame);
1001         ++pctrack->pc_index;
1002 }
1003
1004 static int
1005 sysctl_pctrack(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1006 {
1007         struct kinfo_pcheader head;
1008         int error;
1009         int cpu;
1010         int ntrack;
1011
1012         head.pc_ntrack = PCTRACK_SIZE;
1013         head.pc_arysize = PCTRACK_ARYSIZE;
1014
1015         if ((error = SYSCTL_OUT(req, &head, sizeof(head))) != 0)
1016                 return (error);
1017
1018         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
1019                 for (ntrack = 0; ntrack < PCTRACK_SIZE; ++ntrack) {
1020                         error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_pctrack[cpu][ntrack],
1021                                            sizeof(struct kinfo_pctrack));
1022                         if (error)
1023                                 break;
1024                 }
1025                 if (error)
1026                         break;
1027         }
1028         return (error);
1029 }
1030 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, pctrack, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
1031         sysctl_pctrack, "S,kinfo_pcheader", "CPU PC tracking");
1032
1033 #endif
1034
1035 /*
1036  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
1037  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
1038  * but that's about it.
1039  *
1040  * Each cpu has its own scheduler clock.
1041  */
1042 static void
1043 schedclock(systimer_t info, int in_ipi __unused, struct intrframe *frame)
1044 {
1045         struct lwp *lp;
1046         struct rusage *ru;
1047         struct vmspace *vm;
1048         long rss;
1049
1050         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
1051                 /*
1052                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
1053                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
1054                  * HERE.
1055                  */
1056                 ++lp->lwp_cpticks;
1057                 usched_schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
1058         } else {
1059                 usched_schedulerclock(NULL, info->periodic, info->time);
1060         }
1061         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
1062                 /*
1063                  * Update resource usage integrals and maximums.
1064                  */
1065                 if ((ru = &lp->lwp_proc->p_ru) &&
1066                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
1067                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
1068                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
1069                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
1070                         if (lwkt_trytoken(&vm->vm_map.token)) {
1071                                 rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
1072                                 if (ru->ru_maxrss < rss)
1073                                         ru->ru_maxrss = rss;
1074                                 lwkt_reltoken(&vm->vm_map.token);
1075                         }
1076                 }
1077         }
1078         /* Increment the global sched_ticks */
1079         if (mycpu->gd_cpuid == 0)
1080                 ++sched_ticks;
1081 }
1082
1083 /*
1084  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The 
1085  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
1086  * operation and guaranteed to meet or exceed the requested time.
1087  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
1088  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
1089  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
1090  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
1091  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
1092  *
1093  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
1094  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
1095  * the unsigned long maximum.
1096  *
1097  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1098  * 10ms ticks is 248 days.
1099  */
1100 int
1101 tvtohz_high(struct timeval *tv)
1102 {
1103         int ticks;
1104         long sec, usec;
1105
1106         sec = tv->tv_sec;
1107         usec = tv->tv_usec;
1108         if (usec < 0) {
1109                 sec--;
1110                 usec += 1000000;
1111         }
1112         if (sec < 0) {
1113 #ifdef DIAGNOSTIC
1114                 if (usec > 0) {
1115                         sec++;
1116                         usec -= 1000000;
1117                 }
1118                 kprintf("tvtohz_high: negative time difference "
1119                         "%ld sec %ld usec\n",
1120                         sec, usec);
1121 #endif
1122                 ticks = 1;
1123         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1124                 ticks = (int)(sec * hz + 
1125                             ((u_long)usec + (ustick - 1)) / ustick) + 1;
1126         } else {
1127                 ticks = INT_MAX;
1128         }
1129         return (ticks);
1130 }
1131
1132 int
1133 tstohz_high(struct timespec *ts)
1134 {
1135         int ticks;
1136         long sec, nsec;
1137
1138         sec = ts->tv_sec;
1139         nsec = ts->tv_nsec;
1140         if (nsec < 0) {
1141                 sec--;
1142                 nsec += 1000000000;
1143         }
1144         if (sec < 0) {
1145 #ifdef DIAGNOSTIC
1146                 if (nsec > 0) {
1147                         sec++;
1148                         nsec -= 1000000000;
1149                 }
1150                 kprintf("tstohz_high: negative time difference "
1151                         "%ld sec %ld nsec\n",
1152                         sec, nsec);
1153 #endif
1154                 ticks = 1;
1155         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1156                 ticks = (int)(sec * hz +
1157                             ((u_long)nsec + (nstick - 1)) / nstick) + 1;
1158         } else {
1159                 ticks = INT_MAX;
1160         }
1161         return (ticks);
1162 }
1163
1164
1165 /*
1166  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
1167  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
1168  * of ticks will not result in a late return.
1169  *
1170  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
1171  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
1172  * 1 tick.
1173  *
1174  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1175  * 10ms ticks is 248 days.
1176  */
1177 int
1178 tvtohz_low(struct timeval *tv)
1179 {
1180         int ticks;
1181         long sec;
1182
1183         sec = tv->tv_sec;
1184         if (sec <= INT_MAX / hz)
1185                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / ustick);
1186         else
1187                 ticks = INT_MAX;
1188         return (ticks);
1189 }
1190
1191 int
1192 tstohz_low(struct timespec *ts)
1193 {
1194         int ticks;
1195         long sec;
1196
1197         sec = ts->tv_sec;
1198         if (sec <= INT_MAX / hz)
1199                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)ts->tv_nsec / nstick);
1200         else
1201                 ticks = INT_MAX;
1202         return (ticks);
1203 }
1204
1205 /*
1206  * Start profiling on a process.
1207  *
1208  * Caller must hold p->p_token();
1209  *
1210  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
1211  * keeps the profile clock running constantly.
1212  */
1213 void
1214 startprofclock(struct proc *p)
1215 {
1216         if ((p->p_flags & P_PROFIL) == 0) {
1217                 p->p_flags |= P_PROFIL;
1218 #if 0   /* XXX */
1219                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
1220                         crit_enter();
1221                         psdiv = psratio;
1222                         setstatclockrate(profhz);
1223                         crit_exit();
1224                 }
1225 #endif
1226         }
1227 }
1228
1229 /*
1230  * Stop profiling on a process.
1231  *
1232  * caller must hold p->p_token
1233  */
1234 void
1235 stopprofclock(struct proc *p)
1236 {
1237         if (p->p_flags & P_PROFIL) {
1238                 p->p_flags &= ~P_PROFIL;
1239 #if 0   /* XXX */
1240                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
1241                         crit_enter();
1242                         psdiv = 1;
1243                         setstatclockrate(stathz);
1244                         crit_exit();
1245                 }
1246 #endif
1247         }
1248 }
1249
1250 /*
1251  * Return information about system clocks.
1252  */
1253 static int
1254 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1255 {
1256         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
1257         /*
1258          * Construct clockinfo structure.
1259          */
1260         clkinfo.ci_hz = hz;
1261         clkinfo.ci_tick = ustick;
1262         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
1263         clkinfo.ci_profhz = profhz;
1264         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
1265         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
1266 }
1267
1268 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
1269         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
1270
1271 /*
1272  * We have eight functions for looking at the clock, four for
1273  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
1274  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
1275  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
1276  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
1277  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
1278  * time relative to system boot, these are well suited for time
1279  * interval measurements.
1280  *
1281  * Each cpu independently maintains the current time of day, so all
1282  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
1283  * check on the seconds field changing out from under us.
1284  *
1285  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
1286  * it is possible for the calculated delta to occasionally exceed
1287  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
1288  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
1289  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
1290  *
1291  * All the [get][micro,nano][time,uptime]() routines are MPSAFE.
1292  */
1293 void
1294 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
1295 {
1296         struct globaldata *gd = mycpu;
1297         sysclock_t delta;
1298
1299         do {
1300                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1301                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1302         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1303
1304         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1305                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1306                 delta %= sys_cputimer->freq;
1307         }
1308         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1309         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1310                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1311                 ++tvp->tv_sec;
1312         }
1313 }
1314
1315 void
1316 getnanouptime(struct timespec *tsp)
1317 {
1318         struct globaldata *gd = mycpu;
1319         sysclock_t delta;
1320
1321         do {
1322                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1323                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1324         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1325
1326         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1327                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1328                 delta %= sys_cputimer->freq;
1329         }
1330         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1331 }
1332
1333 void
1334 microuptime(struct timeval *tvp)
1335 {
1336         struct globaldata *gd = mycpu;
1337         sysclock_t delta;
1338
1339         do {
1340                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1341                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1342         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1343
1344         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1345                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1346                 delta %= sys_cputimer->freq;
1347         }
1348         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1349 }
1350
1351 void
1352 nanouptime(struct timespec *tsp)
1353 {
1354         struct globaldata *gd = mycpu;
1355         sysclock_t delta;
1356
1357         do {
1358                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1359                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1360         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1361
1362         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1363                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1364                 delta %= sys_cputimer->freq;
1365         }
1366         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1367 }
1368
1369 /*
1370  * realtime routines
1371  */
1372 void
1373 getmicrotime(struct timeval *tvp)
1374 {
1375         struct globaldata *gd = mycpu;
1376         struct timespec *bt;
1377         sysclock_t delta;
1378
1379         do {
1380                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1381                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1382         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1383
1384         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1385                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1386                 delta %= sys_cputimer->freq;
1387         }
1388         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1389
1390         bt = &basetime[basetime_index];
1391         cpu_lfence();
1392         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1393         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1394         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1395                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1396                 ++tvp->tv_sec;
1397         }
1398 }
1399
1400 void
1401 getnanotime(struct timespec *tsp)
1402 {
1403         struct globaldata *gd = mycpu;
1404         struct timespec *bt;
1405         sysclock_t delta;
1406
1407         do {
1408                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1409                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1410         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1411
1412         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1413                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1414                 delta %= sys_cputimer->freq;
1415         }
1416         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1417
1418         bt = &basetime[basetime_index];
1419         cpu_lfence();
1420         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1421         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1422         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1423                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1424                 ++tsp->tv_sec;
1425         }
1426 }
1427
1428 static void
1429 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
1430 {
1431         struct globaldata *gd = mycpu;
1432         sysclock_t delta;
1433
1434         do {
1435                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1436                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1437         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1438
1439         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1440                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1441                 delta %= sys_cputimer->freq;
1442         }
1443         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1444
1445         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
1446         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
1447         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1448                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1449                 ++tsp->tv_sec;
1450         }
1451 }
1452
1453
1454 void
1455 microtime(struct timeval *tvp)
1456 {
1457         struct globaldata *gd = mycpu;
1458         struct timespec *bt;
1459         sysclock_t delta;
1460
1461         do {
1462                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1463                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1464         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1465
1466         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1467                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1468                 delta %= sys_cputimer->freq;
1469         }
1470         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1471
1472         bt = &basetime[basetime_index];
1473         cpu_lfence();
1474         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1475         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1476         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1477                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1478                 ++tvp->tv_sec;
1479         }
1480 }
1481
1482 void
1483 nanotime(struct timespec *tsp)
1484 {
1485         struct globaldata *gd = mycpu;
1486         struct timespec *bt;
1487         sysclock_t delta;
1488
1489         do {
1490                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1491                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1492         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1493
1494         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1495                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1496                 delta %= sys_cputimer->freq;
1497         }
1498         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1499
1500         bt = &basetime[basetime_index];
1501         cpu_lfence();
1502         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1503         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1504         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1505                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1506                 ++tsp->tv_sec;
1507         }
1508 }
1509
1510 /*
1511  * Get an approximate time_t.  It does not have to be accurate.  This
1512  * function is called only from KTR and can be called with the system in
1513  * any state so do not use a critical section or other complex operation
1514  * here.
1515  *
1516  * NOTE: This is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1517  *       would have to do what microtime does and check for a nanoseconds
1518  *       overflow.
1519  */
1520 time_t
1521 get_approximate_time_t(void)
1522 {
1523         struct globaldata *gd = mycpu;
1524         struct timespec *bt;
1525
1526         bt = &basetime[basetime_index];
1527         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1528 }
1529
1530 int
1531 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1532 {
1533         pps_params_t *app;
1534         struct pps_fetch_args *fapi;
1535 #ifdef PPS_SYNC
1536         struct pps_kcbind_args *kapi;
1537 #endif
1538
1539         switch (cmd) {
1540         case PPS_IOC_CREATE:
1541                 return (0);
1542         case PPS_IOC_DESTROY:
1543                 return (0);
1544         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1545                 app = (pps_params_t *)data;
1546                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1547                         return (EINVAL);
1548                 pps->ppsparam = *app;         
1549                 return (0);
1550         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1551                 app = (pps_params_t *)data;
1552                 *app = pps->ppsparam;
1553                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1554                 return (0);
1555         case PPS_IOC_GETCAP:
1556                 *(int*)data = pps->ppscap;
1557                 return (0);
1558         case PPS_IOC_FETCH:
1559                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1560                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1561                         return (EINVAL);
1562                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1563                         return (EOPNOTSUPP);
1564                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;         
1565                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1566                 return (0);
1567         case PPS_IOC_KCBIND:
1568 #ifdef PPS_SYNC
1569                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1570                 /* XXX Only root should be able to do this */
1571                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1572                         return (EINVAL);
1573                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1574                         return (EINVAL);
1575                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1576                         return (EINVAL);
1577                 pps->kcmode = kapi->edge;
1578                 return (0);
1579 #else
1580                 return (EOPNOTSUPP);
1581 #endif
1582         default:
1583                 return (ENOTTY);
1584         }
1585 }
1586
1587 void
1588 pps_init(struct pps_state *pps)
1589 {
1590         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1591         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1592                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1593         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1594                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1595 }
1596
1597 void
1598 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1599 {
1600         struct globaldata *gd;
1601         struct timespec *tsp;
1602         struct timespec *osp;
1603         struct timespec *bt;
1604         struct timespec ts;
1605         sysclock_t *pcount;
1606 #ifdef PPS_SYNC
1607         sysclock_t tcount;
1608 #endif
1609         sysclock_t delta;
1610         pps_seq_t *pseq;
1611         int foff;
1612 #ifdef PPS_SYNC
1613         int fhard;
1614 #endif
1615         int ni;
1616
1617         gd = mycpu;
1618
1619         /* Things would be easier with arrays... */
1620         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1621                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1622                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1623                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1624 #ifdef PPS_SYNC
1625                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1626 #endif
1627                 pcount = &pps->ppscount[0];
1628                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1629         } else {
1630                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1631                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1632                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1633 #ifdef PPS_SYNC
1634                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1635 #endif
1636                 pcount = &pps->ppscount[1];
1637                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1638         }
1639
1640         /* Nothing really happened */
1641         if (*pcount == count)
1642                 return;
1643
1644         *pcount = count;
1645
1646         do {
1647                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1648                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1649         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1650
1651         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1652                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1653                 delta %= sys_cputimer->freq;
1654         }
1655         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1656         ni = basetime_index;
1657         cpu_lfence();
1658         bt = &basetime[ni];
1659         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1660         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1661         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1662                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1663                 ++ts.tv_sec;
1664         }
1665
1666         (*pseq)++;
1667         *tsp = ts;
1668
1669         if (foff) {
1670                 timespecadd(tsp, osp);
1671                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1672                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1673                         tsp->tv_sec -= 1;
1674                 }
1675         }
1676 #ifdef PPS_SYNC
1677         if (fhard) {
1678                 /* magic, at its best... */
1679                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1680                 pps->ppscount[2] = count;
1681                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1682                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1683                                  sys_cputimer->freq64_nsec * 
1684                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1685                 } else {
1686                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1687                 }
1688                 hardpps(tsp, delta);
1689         }
1690 #endif
1691 }
1692
1693 /*
1694  * Return the tsc target value for a delay of (ns).
1695  *
1696  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1697  */
1698 tsc_uclock_t
1699 tsc_get_target(int ns)
1700 {
1701 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1702         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1703                 return (rdtsc() + tsc_frequency * ns / (int64_t)1000000000);
1704         }
1705 #endif
1706         return(-1);
1707 }
1708
1709 /*
1710  * Compare the tsc against the passed target
1711  *
1712  * Returns +1 if the target has been reached
1713  * Returns  0 if the target has not yet been reached
1714  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1715  *
1716  * Typical use:         while (tsc_test_target(target) == 0) { ...poll... }
1717  */
1718 int
1719 tsc_test_target(int64_t target)
1720 {
1721 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1722         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1723                 if ((int64_t)(target - rdtsc()) <= 0)
1724                         return(1);
1725                 return(0);
1726         }
1727 #endif
1728         return(-1);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Delay the specified number of nanoseconds using the tsc.  This function
1733  * returns immediately if the TSC is not supported.  At least one cpu_pause()
1734  * will be issued.
1735  */
1736 void
1737 tsc_delay(int ns)
1738 {
1739         int64_t clk;
1740
1741         clk = tsc_get_target(ns);
1742         cpu_pause();
1743         cpu_pause();
1744         while (tsc_test_target(clk) == 0) {
1745                 cpu_pause();
1746                 cpu_pause();
1747                 cpu_pause();
1748                 cpu_pause();
1749         }
1750 }