Merge branch 'vendor/EXPAT'
[dragonfly.git] / sys / kern / usched_bsd4.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1999 Peter Wemm <peter@FreeBSD.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  *
26  * $DragonFly: src/sys/kern/usched_bsd4.c,v 1.26 2008/11/01 23:31:19 dillon Exp $
27  */
28
29 #include <sys/param.h>
30 #include <sys/systm.h>
31 #include <sys/kernel.h>
32 #include <sys/lock.h>
33 #include <sys/queue.h>
34 #include <sys/proc.h>
35 #include <sys/rtprio.h>
36 #include <sys/uio.h>
37 #include <sys/sysctl.h>
38 #include <sys/resourcevar.h>
39 #include <sys/spinlock.h>
40 #include <machine/cpu.h>
41 #include <machine/smp.h>
42
43 #include <sys/thread2.h>
44 #include <sys/spinlock2.h>
45 #include <sys/mplock2.h>
46
47 /*
48  * Priorities.  Note that with 32 run queues per scheduler each queue
49  * represents four priority levels.
50  */
51
52 #define MAXPRI                  128
53 #define PRIMASK                 (MAXPRI - 1)
54 #define PRIBASE_REALTIME        0
55 #define PRIBASE_NORMAL          MAXPRI
56 #define PRIBASE_IDLE            (MAXPRI * 2)
57 #define PRIBASE_THREAD          (MAXPRI * 3)
58 #define PRIBASE_NULL            (MAXPRI * 4)
59
60 #define NQS     32                      /* 32 run queues. */
61 #define PPQ     (MAXPRI / NQS)          /* priorities per queue */
62 #define PPQMASK (PPQ - 1)
63
64 /*
65  * NICEPPQ      - number of nice units per priority queue
66  * ESTCPURAMP   - number of scheduler ticks for estcpu to switch queues
67  *
68  * ESTCPUPPQ    - number of estcpu units per priority queue
69  * ESTCPUMAX    - number of estcpu units
70  * ESTCPUINCR   - amount we have to increment p_estcpu per scheduling tick at
71  *                100% cpu.
72  */
73 #define NICEPPQ         2
74 #define ESTCPURAMP      4
75 #define ESTCPUPPQ       512
76 #define ESTCPUMAX       (ESTCPUPPQ * NQS)
77 #define ESTCPUINCR      (ESTCPUPPQ / ESTCPURAMP)
78 #define PRIO_RANGE      (PRIO_MAX - PRIO_MIN + 1)
79
80 #define ESTCPULIM(v)    min((v), ESTCPUMAX)
81
82 TAILQ_HEAD(rq, lwp);
83
84 #define lwp_priority    lwp_usdata.bsd4.priority
85 #define lwp_rqindex     lwp_usdata.bsd4.rqindex
86 #define lwp_origcpu     lwp_usdata.bsd4.origcpu
87 #define lwp_estcpu      lwp_usdata.bsd4.estcpu
88 #define lwp_rqtype      lwp_usdata.bsd4.rqtype
89
90 static void bsd4_acquire_curproc(struct lwp *lp);
91 static void bsd4_release_curproc(struct lwp *lp);
92 static void bsd4_select_curproc(globaldata_t gd);
93 static void bsd4_setrunqueue(struct lwp *lp);
94 static void bsd4_schedulerclock(struct lwp *lp, sysclock_t period,
95                                 sysclock_t cpstamp);
96 static void bsd4_recalculate_estcpu(struct lwp *lp);
97 static void bsd4_resetpriority(struct lwp *lp);
98 static void bsd4_forking(struct lwp *plp, struct lwp *lp);
99 static void bsd4_exiting(struct lwp *plp, struct lwp *lp);
100 static void bsd4_yield(struct lwp *lp);
101
102 #ifdef SMP
103 static void need_user_resched_remote(void *dummy);
104 #endif
105 static struct lwp *chooseproc_locked(struct lwp *chklp);
106 static void bsd4_remrunqueue_locked(struct lwp *lp);
107 static void bsd4_setrunqueue_locked(struct lwp *lp);
108
109 struct usched usched_bsd4 = {
110         { NULL },
111         "bsd4", "Original DragonFly Scheduler",
112         NULL,                   /* default registration */
113         NULL,                   /* default deregistration */
114         bsd4_acquire_curproc,
115         bsd4_release_curproc,
116         bsd4_setrunqueue,
117         bsd4_schedulerclock,
118         bsd4_recalculate_estcpu,
119         bsd4_resetpriority,
120         bsd4_forking,
121         bsd4_exiting,
122         NULL,                   /* setcpumask not supported */
123         bsd4_yield
124 };
125
126 struct usched_bsd4_pcpu {
127         struct thread helper_thread;
128         short   rrcount;
129         short   upri;
130         struct lwp *uschedcp;
131 };
132
133 typedef struct usched_bsd4_pcpu *bsd4_pcpu_t;
134
135 /*
136  * We have NQS (32) run queues per scheduling class.  For the normal
137  * class, there are 128 priorities scaled onto these 32 queues.  New
138  * processes are added to the last entry in each queue, and processes
139  * are selected for running by taking them from the head and maintaining
140  * a simple FIFO arrangement.  Realtime and Idle priority processes have
141  * and explicit 0-31 priority which maps directly onto their class queue
142  * index.  When a queue has something in it, the corresponding bit is
143  * set in the queuebits variable, allowing a single read to determine
144  * the state of all 32 queues and then a ffs() to find the first busy
145  * queue.
146  */
147 static struct rq bsd4_queues[NQS];
148 static struct rq bsd4_rtqueues[NQS];
149 static struct rq bsd4_idqueues[NQS];
150 static u_int32_t bsd4_queuebits;
151 static u_int32_t bsd4_rtqueuebits;
152 static u_int32_t bsd4_idqueuebits;
153 static cpumask_t bsd4_curprocmask = -1; /* currently running a user process */
154 static cpumask_t bsd4_rdyprocmask;      /* ready to accept a user process */
155 static int       bsd4_runqcount;
156 #ifdef SMP
157 static volatile int bsd4_scancpu;
158 #endif
159 static struct spinlock bsd4_spin;
160 static struct usched_bsd4_pcpu bsd4_pcpu[MAXCPU];
161
162 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, bsd4_runqcount, CTLFLAG_RD, &bsd4_runqcount, 0, "");
163 #ifdef INVARIANTS
164 static int usched_nonoptimal;
165 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, usched_nonoptimal, CTLFLAG_RW,
166         &usched_nonoptimal, 0, "acquire_curproc() was not optimal");
167 static int usched_optimal;
168 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, usched_optimal, CTLFLAG_RW,
169         &usched_optimal, 0, "acquire_curproc() was optimal");
170 #endif
171 static int usched_debug = -1;
172 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, scdebug, CTLFLAG_RW, &usched_debug, 0, "");
173 #ifdef SMP
174 static int remote_resched_nonaffinity;
175 static int remote_resched_affinity;
176 static int choose_affinity;
177 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, remote_resched_nonaffinity, CTLFLAG_RD,
178         &remote_resched_nonaffinity, 0, "Number of remote rescheds");
179 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, remote_resched_affinity, CTLFLAG_RD,
180         &remote_resched_affinity, 0, "Number of remote rescheds");
181 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, choose_affinity, CTLFLAG_RD,
182         &choose_affinity, 0, "chooseproc() was smart");
183 #endif
184
185 static int usched_bsd4_rrinterval = (ESTCPUFREQ + 9) / 10;
186 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, usched_bsd4_rrinterval, CTLFLAG_RW,
187         &usched_bsd4_rrinterval, 0, "");
188 static int usched_bsd4_decay = ESTCPUINCR / 2;
189 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, usched_bsd4_decay, CTLFLAG_RW,
190         &usched_bsd4_decay, 0, "");
191
192 /*
193  * Initialize the run queues at boot time.
194  */
195 static void
196 rqinit(void *dummy)
197 {
198         int i;
199
200         spin_init(&bsd4_spin);
201         for (i = 0; i < NQS; i++) {
202                 TAILQ_INIT(&bsd4_queues[i]);
203                 TAILQ_INIT(&bsd4_rtqueues[i]);
204                 TAILQ_INIT(&bsd4_idqueues[i]);
205         }
206         atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, 1);
207 }
208 SYSINIT(runqueue, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_FIRST, rqinit, NULL)
209
210 /*
211  * BSD4_ACQUIRE_CURPROC
212  *
213  * This function is called when the kernel intends to return to userland.
214  * It is responsible for making the thread the current designated userland
215  * thread for this cpu, blocking if necessary.
216  *
217  * The kernel has already depressed our LWKT priority so we must not switch
218  * until we have either assigned or disposed of the thread.
219  *
220  * WARNING! THIS FUNCTION IS ALLOWED TO CAUSE THE CURRENT THREAD TO MIGRATE
221  * TO ANOTHER CPU!  Because most of the kernel assumes that no migration will
222  * occur, this function is called only under very controlled circumstances.
223  *
224  * MPSAFE
225  */
226 static void
227 bsd4_acquire_curproc(struct lwp *lp)
228 {
229         globaldata_t gd;
230         bsd4_pcpu_t dd;
231         struct lwp *olp;
232
233         crit_enter();
234         bsd4_recalculate_estcpu(lp);
235
236         /*
237          * If a reschedule was requested give another thread the
238          * driver's seat.
239          */
240         if (user_resched_wanted()) {
241                 clear_user_resched();
242                 bsd4_release_curproc(lp);
243         }
244
245         /*
246          * Loop until we are the current user thread
247          */
248         do {
249                 /*
250                  * Reload after a switch or setrunqueue/switch possibly
251                  * moved us to another cpu.
252                  */
253                 clear_lwkt_resched();
254                 gd = mycpu;
255                 dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
256
257                 /*
258                  * Become the currently scheduled user thread for this cpu
259                  * if we can do so trivially.
260                  *
261                  * We can steal another thread's current thread designation
262                  * on this cpu since if we are running that other thread
263                  * must not be, so we can safely deschedule it.
264                  */
265                 if (dd->uschedcp == lp) {
266                         dd->upri = lp->lwp_priority;
267                 } else if (dd->uschedcp == NULL) {
268                         atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
269                         dd->uschedcp = lp;
270                         dd->upri = lp->lwp_priority;
271                 } else if (dd->upri > lp->lwp_priority) {
272                         olp = dd->uschedcp;
273                         dd->uschedcp = lp;
274                         dd->upri = lp->lwp_priority;
275                         lwkt_deschedule(olp->lwp_thread);
276                         bsd4_setrunqueue(olp);
277                 } else {
278                         lwkt_deschedule(lp->lwp_thread);
279                         bsd4_setrunqueue(lp);
280                         lwkt_switch();
281                 }
282
283                 /*
284                  * Other threads at our current user priority have already
285                  * put in their bids, but we must run any kernel threads
286                  * at higher priorities, and we could lose our bid to
287                  * another thread trying to return to user mode in the
288                  * process.
289                  *
290                  * If we lose our bid we will be descheduled and put on
291                  * the run queue.  When we are reactivated we will have
292                  * another chance.
293                  */
294                 if (lwkt_check_resched(lp->lwp_thread) > 1) {
295                         lwkt_switch();
296                         continue;
297                 }
298         } while (dd->uschedcp != lp);
299
300         crit_exit();
301         KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
302 }
303
304 /*
305  * BSD4_RELEASE_CURPROC
306  *
307  * This routine detaches the current thread from the userland scheduler,
308  * usually because the thread needs to run or block in the kernel (at
309  * kernel priority) for a while.
310  *
311  * This routine is also responsible for selecting a new thread to
312  * make the current thread.
313  *
314  * NOTE: This implementation differs from the dummy example in that
315  * bsd4_select_curproc() is able to select the current process, whereas
316  * dummy_select_curproc() is not able to select the current process.
317  * This means we have to NULL out uschedcp.
318  *
319  * Additionally, note that we may already be on a run queue if releasing
320  * via the lwkt_switch() in bsd4_setrunqueue().
321  *
322  * WARNING!  The MP lock may be in an unsynchronized state due to the
323  * way get_mplock() works and the fact that this function may be called
324  * from a passive release during a lwkt_switch().   try_mplock() will deal 
325  * with this for us but you should be aware that td_mpcount may not be
326  * useable.
327  *
328  * MPSAFE
329  */
330 static void
331 bsd4_release_curproc(struct lwp *lp)
332 {
333         globaldata_t gd = mycpu;
334         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
335
336         if (dd->uschedcp == lp) {
337                 crit_enter();
338                 KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
339                 dd->uschedcp = NULL;    /* don't let lp be selected */
340                 dd->upri = PRIBASE_NULL;
341                 atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
342                 bsd4_select_curproc(gd);
343                 crit_exit();
344         }
345 }
346
347 /*
348  * BSD4_SELECT_CURPROC
349  *
350  * Select a new current process for this cpu and clear any pending user
351  * reschedule request.  The cpu currently has no current process.
352  *
353  * This routine is also responsible for equal-priority round-robining,
354  * typically triggered from bsd4_schedulerclock().  In our dummy example
355  * all the 'user' threads are LWKT scheduled all at once and we just
356  * call lwkt_switch().
357  *
358  * The calling process is not on the queue and cannot be selected.
359  *
360  * MPSAFE
361  */
362 static
363 void
364 bsd4_select_curproc(globaldata_t gd)
365 {
366         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
367         struct lwp *nlp;
368         int cpuid = gd->gd_cpuid;
369
370         crit_enter_gd(gd);
371
372         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
373         if ((nlp = chooseproc_locked(dd->uschedcp)) != NULL) {
374                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, 1 << cpuid);
375                 dd->upri = nlp->lwp_priority;
376                 dd->uschedcp = nlp;
377                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
378 #ifdef SMP
379                 lwkt_acquire(nlp->lwp_thread);
380 #endif
381                 lwkt_schedule(nlp->lwp_thread);
382         } else if (bsd4_runqcount && (bsd4_rdyprocmask & (1 << cpuid))) {
383                 atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << cpuid);
384                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
385                 lwkt_schedule(&dd->helper_thread);
386         } else {
387                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
388         }
389         crit_exit_gd(gd);
390 }
391
392 /*
393  * BSD4_SETRUNQUEUE
394  *
395  * Place the specified lwp on the user scheduler's run queue.  This routine
396  * must be called with the thread descheduled.  The lwp must be runnable.
397  *
398  * The thread may be the current thread as a special case.
399  *
400  * MPSAFE
401  */
402 static void
403 bsd4_setrunqueue(struct lwp *lp)
404 {
405         globaldata_t gd;
406         bsd4_pcpu_t dd;
407 #ifdef SMP
408         int cpuid;
409         cpumask_t mask;
410         cpumask_t tmpmask;
411 #endif
412
413         /*
414          * First validate the process state relative to the current cpu.
415          * We don't need the spinlock for this, just a critical section.
416          * We are in control of the process.
417          */
418         crit_enter();
419         KASSERT(lp->lwp_stat == LSRUN, ("setrunqueue: lwp not LSRUN"));
420         KASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0,
421             ("lwp %d/%d already on runq! flag %08x/%08x", lp->lwp_proc->p_pid,
422              lp->lwp_tid, lp->lwp_proc->p_flag, lp->lwp_flag));
423         KKASSERT((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
424
425         /*
426          * Note: gd and dd are relative to the target thread's last cpu,
427          * NOT our current cpu.
428          */
429         gd = lp->lwp_thread->td_gd;
430         dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
431
432         /*
433          * This process is not supposed to be scheduled anywhere or assigned
434          * as the current process anywhere.  Assert the condition.
435          */
436         KKASSERT(dd->uschedcp != lp);
437
438 #ifndef SMP
439         /*
440          * If we are not SMP we do not have a scheduler helper to kick
441          * and must directly activate the process if none are scheduled.
442          *
443          * This is really only an issue when bootstrapping init since
444          * the caller in all other cases will be a user process, and
445          * even if released (dd->uschedcp == NULL), that process will
446          * kickstart the scheduler when it returns to user mode from
447          * the kernel.
448          */
449         if (dd->uschedcp == NULL) {
450                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
451                 dd->uschedcp = lp;
452                 dd->upri = lp->lwp_priority;
453                 lwkt_schedule(lp->lwp_thread);
454                 crit_exit();
455                 return;
456         }
457 #endif
458
459 #ifdef SMP
460         /*
461          * XXX fixme.  Could be part of a remrunqueue/setrunqueue
462          * operation when the priority is recalculated, so TDF_MIGRATING
463          * may already be set.
464          */
465         if ((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0)
466                 lwkt_giveaway(lp->lwp_thread);
467 #endif
468
469         /*
470          * We lose control of lp the moment we release the spinlock after
471          * having placed lp on the queue.  i.e. another cpu could pick it
472          * up and it could exit, or its priority could be further adjusted,
473          * or something like that.
474          */
475         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
476         bsd4_setrunqueue_locked(lp);
477
478 #ifdef SMP
479         /*
480          * Kick the scheduler helper on one of the other cpu's
481          * and request a reschedule if appropriate.
482          */
483         cpuid = (bsd4_scancpu & 0xFFFF) % ncpus;
484         ++bsd4_scancpu;
485         mask = ~bsd4_curprocmask & bsd4_rdyprocmask &
486                 lp->lwp_cpumask & smp_active_mask;
487         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
488
489         while (mask) {
490                 tmpmask = ~((1 << cpuid) - 1);
491                 if (mask & tmpmask)
492                         cpuid = bsfl(mask & tmpmask);
493                 else
494                         cpuid = bsfl(mask);
495                 gd = globaldata_find(cpuid);
496                 dd = &bsd4_pcpu[cpuid];
497
498                 if ((dd->upri & ~PPQMASK) > (lp->lwp_priority & ~PPQMASK)) {
499                         if (gd == mycpu)
500                                 need_user_resched_remote(NULL);
501                         else
502                                 lwkt_send_ipiq(gd, need_user_resched_remote, NULL);
503                         break;
504                 }
505                 mask &= ~(1 << cpuid);
506         }
507 #else
508         /*
509          * Request a reschedule if appropriate.
510          */
511         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
512         if ((dd->upri & ~PPQMASK) > (lp->lwp_priority & ~PPQMASK)) {
513                 need_user_resched();
514         }
515 #endif
516         crit_exit();
517 }
518
519 /*
520  * This routine is called from a systimer IPI.  It MUST be MP-safe and
521  * the BGL IS NOT HELD ON ENTRY.  This routine is called at ESTCPUFREQ on
522  * each cpu.
523  *
524  * Because this is effectively a 'fast' interrupt, we cannot safely
525  * use spinlocks unless gd_spinlock_rd is NULL and gd_spinlocks_wr is 0,
526  * even if the spinlocks are 'non conflicting'.  This is due to the way
527  * spinlock conflicts against cached read locks are handled.
528  *
529  * MPSAFE
530  */
531 static
532 void
533 bsd4_schedulerclock(struct lwp *lp, sysclock_t period, sysclock_t cpstamp)
534 {
535         globaldata_t gd = mycpu;
536         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
537
538         /*
539          * Do we need to round-robin?  We round-robin 10 times a second.
540          * This should only occur for cpu-bound batch processes.
541          */
542         if (++dd->rrcount >= usched_bsd4_rrinterval) {
543                 dd->rrcount = 0;
544                 need_user_resched();
545         }
546
547         /*
548          * As the process accumulates cpu time p_estcpu is bumped and may
549          * push the process into another scheduling queue.  It typically
550          * takes 4 ticks to bump the queue.
551          */
552         lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(lp->lwp_estcpu + ESTCPUINCR);
553
554         /*
555          * Reducing p_origcpu over time causes more of our estcpu to be
556          * returned to the parent when we exit.  This is a small tweak
557          * for the batch detection heuristic.
558          */
559         if (lp->lwp_origcpu)
560                 --lp->lwp_origcpu;
561
562         /*
563          * We can only safely call bsd4_resetpriority(), which uses spinlocks,
564          * if we aren't interrupting a thread that is using spinlocks.
565          * Otherwise we can deadlock with another cpu waiting for our read
566          * spinlocks to clear.
567          */
568         if (gd->gd_spinlock_rd == NULL && gd->gd_spinlocks_wr == 0)
569                 bsd4_resetpriority(lp);
570         else
571                 need_user_resched();
572 }
573
574 /*
575  * Called from acquire and from kern_synch's one-second timer (one of the
576  * callout helper threads) with a critical section held. 
577  *
578  * Decay p_estcpu based on the number of ticks we haven't been running
579  * and our p_nice.  As the load increases each process observes a larger
580  * number of idle ticks (because other processes are running in them).
581  * This observation leads to a larger correction which tends to make the
582  * system more 'batchy'.
583  *
584  * Note that no recalculation occurs for a process which sleeps and wakes
585  * up in the same tick.  That is, a system doing thousands of context
586  * switches per second will still only do serious estcpu calculations
587  * ESTCPUFREQ times per second.
588  *
589  * MPSAFE
590  */
591 static
592 void 
593 bsd4_recalculate_estcpu(struct lwp *lp)
594 {
595         globaldata_t gd = mycpu;
596         sysclock_t cpbase;
597         int loadfac;
598         int ndecay;
599         int nticks;
600         int nleft;
601
602         /*
603          * We have to subtract periodic to get the last schedclock
604          * timeout time, otherwise we would get the upcoming timeout.
605          * Keep in mind that a process can migrate between cpus and
606          * while the scheduler clock should be very close, boundary
607          * conditions could lead to a small negative delta.
608          */
609         cpbase = gd->gd_schedclock.time - gd->gd_schedclock.periodic;
610
611         if (lp->lwp_slptime > 1) {
612                 /*
613                  * Too much time has passed, do a coarse correction.
614                  */
615                 lp->lwp_estcpu = lp->lwp_estcpu >> 1;
616                 bsd4_resetpriority(lp);
617                 lp->lwp_cpbase = cpbase;
618                 lp->lwp_cpticks = 0;
619         } else if (lp->lwp_cpbase != cpbase) {
620                 /*
621                  * Adjust estcpu if we are in a different tick.  Don't waste
622                  * time if we are in the same tick. 
623                  * 
624                  * First calculate the number of ticks in the measurement
625                  * interval.  The nticks calculation can wind up 0 due to
626                  * a bug in the handling of lwp_slptime  (as yet not found),
627                  * so make sure we do not get a divide by 0 panic.
628                  */
629                 nticks = (cpbase - lp->lwp_cpbase) / gd->gd_schedclock.periodic;
630                 if (nticks <= 0)
631                         nticks = 1;
632                 updatepcpu(lp, lp->lwp_cpticks, nticks);
633
634                 if ((nleft = nticks - lp->lwp_cpticks) < 0)
635                         nleft = 0;
636                 if (usched_debug == lp->lwp_proc->p_pid) {
637                         kprintf("pid %d tid %d estcpu %d cpticks %d nticks %d nleft %d",
638                                 lp->lwp_proc->p_pid, lp->lwp_tid, lp->lwp_estcpu,
639                                 lp->lwp_cpticks, nticks, nleft);
640                 }
641
642                 /*
643                  * Calculate a decay value based on ticks remaining scaled
644                  * down by the instantanious load and p_nice.
645                  */
646                 if ((loadfac = bsd4_runqcount) < 2)
647                         loadfac = 2;
648                 ndecay = nleft * usched_bsd4_decay * 2 * 
649                         (PRIO_MAX * 2 - lp->lwp_proc->p_nice) / (loadfac * PRIO_MAX * 2);
650
651                 /*
652                  * Adjust p_estcpu.  Handle a border case where batch jobs
653                  * can get stalled long enough to decay to zero when they
654                  * shouldn't.
655                  */
656                 if (lp->lwp_estcpu > ndecay * 2)
657                         lp->lwp_estcpu -= ndecay;
658                 else
659                         lp->lwp_estcpu >>= 1;
660
661                 if (usched_debug == lp->lwp_proc->p_pid)
662                         kprintf(" ndecay %d estcpu %d\n", ndecay, lp->lwp_estcpu);
663                 bsd4_resetpriority(lp);
664                 lp->lwp_cpbase = cpbase;
665                 lp->lwp_cpticks = 0;
666         }
667 }
668
669 /*
670  * Compute the priority of a process when running in user mode.
671  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
672  * than that of the current process.
673  *
674  * This routine may be called with any process.
675  *
676  * This routine is called by fork1() for initial setup with the process
677  * of the run queue, and also may be called normally with the process on or
678  * off the run queue.
679  *
680  * MPSAFE
681  */
682 static void
683 bsd4_resetpriority(struct lwp *lp)
684 {
685         bsd4_pcpu_t dd;
686         int newpriority;
687         u_short newrqtype;
688         int reschedcpu;
689
690         /*
691          * Calculate the new priority and queue type
692          */
693         crit_enter();
694         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
695
696         newrqtype = lp->lwp_rtprio.type;
697
698         switch(newrqtype) {
699         case RTP_PRIO_REALTIME:
700         case RTP_PRIO_FIFO:
701                 newpriority = PRIBASE_REALTIME +
702                              (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
703                 break;
704         case RTP_PRIO_NORMAL:
705                 newpriority = (lp->lwp_proc->p_nice - PRIO_MIN) * PPQ / NICEPPQ;
706                 newpriority += lp->lwp_estcpu * PPQ / ESTCPUPPQ;
707                 newpriority = newpriority * MAXPRI / (PRIO_RANGE * PPQ /
708                               NICEPPQ + ESTCPUMAX * PPQ / ESTCPUPPQ);
709                 newpriority = PRIBASE_NORMAL + (newpriority & PRIMASK);
710                 break;
711         case RTP_PRIO_IDLE:
712                 newpriority = PRIBASE_IDLE + (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
713                 break;
714         case RTP_PRIO_THREAD:
715                 newpriority = PRIBASE_THREAD + (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
716                 break;
717         default:
718                 panic("Bad RTP_PRIO %d", newrqtype);
719                 /* NOT REACHED */
720         }
721
722         /*
723          * The newpriority incorporates the queue type so do a simple masked
724          * check to determine if the process has moved to another queue.  If
725          * it has, and it is currently on a run queue, then move it.
726          */
727         if ((lp->lwp_priority ^ newpriority) & ~PPQMASK) {
728                 lp->lwp_priority = newpriority;
729                 if (lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) {
730                         bsd4_remrunqueue_locked(lp);
731                         lp->lwp_rqtype = newrqtype;
732                         lp->lwp_rqindex = (newpriority & PRIMASK) / PPQ;
733                         bsd4_setrunqueue_locked(lp);
734                         reschedcpu = lp->lwp_thread->td_gd->gd_cpuid;
735                 } else {
736                         lp->lwp_rqtype = newrqtype;
737                         lp->lwp_rqindex = (newpriority & PRIMASK) / PPQ;
738                         reschedcpu = -1;
739                 }
740         } else {
741                 lp->lwp_priority = newpriority;
742                 reschedcpu = -1;
743         }
744         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
745
746         /*
747          * Determine if we need to reschedule the target cpu.  This only
748          * occurs if the LWP is already on a scheduler queue, which means
749          * that idle cpu notification has already occured.  At most we
750          * need only issue a need_user_resched() on the appropriate cpu.
751          *
752          * The LWP may be owned by a CPU different from the current one,
753          * in which case dd->uschedcp may be modified without an MP lock
754          * or a spinlock held.  The worst that happens is that the code
755          * below causes a spurious need_user_resched() on the target CPU
756          * and dd->pri to be wrong for a short period of time, both of
757          * which are harmless.
758          */
759         if (reschedcpu >= 0) {
760                 dd = &bsd4_pcpu[reschedcpu];
761                 if ((dd->upri & ~PRIMASK) > (lp->lwp_priority & ~PRIMASK)) {
762                         dd->upri = lp->lwp_priority;
763 #ifdef SMP
764                         if (reschedcpu == mycpu->gd_cpuid) {
765                                 need_user_resched();
766                         } else {
767                                 lwkt_send_ipiq(lp->lwp_thread->td_gd,
768                                                need_user_resched_remote, NULL);
769                         }
770 #else
771                         need_user_resched();
772 #endif
773                 }
774         }
775         crit_exit();
776 }
777
778 /*
779  * MPSAFE
780  */
781 static
782 void
783 bsd4_yield(struct lwp *lp) 
784 {
785 #if 0
786         /* FUTURE (or something similar) */
787         switch(lp->lwp_rqtype) {
788         case RTP_PRIO_NORMAL:
789                 lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(lp->lwp_estcpu + ESTCPUINCR);
790                 break;
791         default:
792                 break;
793         }
794 #endif
795         need_user_resched();
796 }
797
798 /*
799  * Called from fork1() when a new child process is being created.
800  *
801  * Give the child process an initial estcpu that is more batch then
802  * its parent and dock the parent for the fork (but do not
803  * reschedule the parent).   This comprises the main part of our batch
804  * detection heuristic for both parallel forking and sequential execs.
805  *
806  * Interactive processes will decay the boosted estcpu quickly while batch
807  * processes will tend to compound it.
808  * XXX lwp should be "spawning" instead of "forking"
809  *
810  * MPSAFE
811  */
812 static void
813 bsd4_forking(struct lwp *plp, struct lwp *lp)
814 {
815         lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + ESTCPUPPQ);
816         lp->lwp_origcpu = lp->lwp_estcpu;
817         plp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + ESTCPUPPQ);
818 }
819
820 /*
821  * Called when the parent reaps a child.   Propogate cpu use by the child
822  * back to the parent.
823  *
824  * MPSAFE
825  */
826 static void
827 bsd4_exiting(struct lwp *plp, struct lwp *lp)
828 {
829         int delta;
830
831         if (plp->lwp_proc->p_pid != 1) {
832                 delta = lp->lwp_estcpu - lp->lwp_origcpu;
833                 if (delta > 0)
834                         plp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + delta);
835         }
836 }
837
838
839 /*
840  * chooseproc() is called when a cpu needs a user process to LWKT schedule,
841  * it selects a user process and returns it.  If chklp is non-NULL and chklp
842  * has a better or equal priority then the process that would otherwise be
843  * chosen, NULL is returned.
844  *
845  * Until we fix the RUNQ code the chklp test has to be strict or we may
846  * bounce between processes trying to acquire the current process designation.
847  *
848  * MPSAFE - must be called with bsd4_spin exclusive held.  The spinlock is
849  *          left intact through the entire routine.
850  */
851 static
852 struct lwp *
853 chooseproc_locked(struct lwp *chklp)
854 {
855         struct lwp *lp;
856         struct rq *q;
857         u_int32_t *which, *which2;
858         u_int32_t pri;
859         u_int32_t rtqbits;
860         u_int32_t tsqbits;
861         u_int32_t idqbits;
862         cpumask_t cpumask;
863
864         rtqbits = bsd4_rtqueuebits;
865         tsqbits = bsd4_queuebits;
866         idqbits = bsd4_idqueuebits;
867         cpumask = mycpu->gd_cpumask;
868
869 #ifdef SMP
870 again:
871 #endif
872         if (rtqbits) {
873                 pri = bsfl(rtqbits);
874                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
875                 which = &bsd4_rtqueuebits;
876                 which2 = &rtqbits;
877         } else if (tsqbits) {
878                 pri = bsfl(tsqbits);
879                 q = &bsd4_queues[pri];
880                 which = &bsd4_queuebits;
881                 which2 = &tsqbits;
882         } else if (idqbits) {
883                 pri = bsfl(idqbits);
884                 q = &bsd4_idqueues[pri];
885                 which = &bsd4_idqueuebits;
886                 which2 = &idqbits;
887         } else {
888                 return NULL;
889         }
890         lp = TAILQ_FIRST(q);
891         KASSERT(lp, ("chooseproc: no lwp on busy queue"));
892
893 #ifdef SMP
894         while ((lp->lwp_cpumask & cpumask) == 0) {
895                 lp = TAILQ_NEXT(lp, lwp_procq);
896                 if (lp == NULL) {
897                         *which2 &= ~(1 << pri);
898                         goto again;
899                 }
900         }
901 #endif
902
903         /*
904          * If the passed lwp <chklp> is reasonably close to the selected
905          * lwp <lp>, return NULL (indicating that <chklp> should be kept).
906          * 
907          * Note that we must error on the side of <chklp> to avoid bouncing
908          * between threads in the acquire code.
909          */
910         if (chklp) {
911                 if (chklp->lwp_priority < lp->lwp_priority + PPQ)
912                         return(NULL);
913         }
914
915 #ifdef SMP
916         /*
917          * If the chosen lwp does not reside on this cpu spend a few
918          * cycles looking for a better candidate at the same priority level.
919          * This is a fallback check, setrunqueue() tries to wakeup the
920          * correct cpu and is our front-line affinity.
921          */
922         if (lp->lwp_thread->td_gd != mycpu &&
923             (chklp = TAILQ_NEXT(lp, lwp_procq)) != NULL
924         ) {
925                 if (chklp->lwp_thread->td_gd == mycpu) {
926                         ++choose_affinity;
927                         lp = chklp;
928                 }
929         }
930 #endif
931
932         TAILQ_REMOVE(q, lp, lwp_procq);
933         --bsd4_runqcount;
934         if (TAILQ_EMPTY(q))
935                 *which &= ~(1 << pri);
936         KASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) != 0, ("not on runq6!"));
937         lp->lwp_flag &= ~LWP_ONRUNQ;
938         return lp;
939 }
940
941 #ifdef SMP
942
943 /*
944  * Called via an ipi message to reschedule on another cpu.  If no
945  * user thread is active on the target cpu we wake the scheduler
946  * helper thread up to help schedule one.
947  *
948  * MPSAFE
949  */
950 static
951 void
952 need_user_resched_remote(void *dummy)
953 {
954         globaldata_t gd = mycpu;
955         bsd4_pcpu_t  dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
956
957         if (dd->uschedcp == NULL && (bsd4_rdyprocmask & gd->gd_cpumask)) {
958                 atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, gd->gd_cpumask);
959                 lwkt_schedule(&dd->helper_thread);
960         } else {
961                 need_user_resched();
962         }
963 }
964
965 #endif
966
967 /*
968  * bsd4_remrunqueue_locked() removes a given process from the run queue
969  * that it is on, clearing the queue busy bit if it becomes empty.
970  *
971  * Note that user process scheduler is different from the LWKT schedule.
972  * The user process scheduler only manages user processes but it uses LWKT
973  * underneath, and a user process operating in the kernel will often be
974  * 'released' from our management.
975  *
976  * MPSAFE - bsd4_spin must be held exclusively on call
977  */
978 static void
979 bsd4_remrunqueue_locked(struct lwp *lp)
980 {
981         struct rq *q;
982         u_int32_t *which;
983         u_int8_t pri;
984
985         KKASSERT(lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ);
986         lp->lwp_flag &= ~LWP_ONRUNQ;
987         --bsd4_runqcount;
988         KKASSERT(bsd4_runqcount >= 0);
989
990         pri = lp->lwp_rqindex;
991         switch(lp->lwp_rqtype) {
992         case RTP_PRIO_NORMAL:
993                 q = &bsd4_queues[pri];
994                 which = &bsd4_queuebits;
995                 break;
996         case RTP_PRIO_REALTIME:
997         case RTP_PRIO_FIFO:
998                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
999                 which = &bsd4_rtqueuebits;
1000                 break;
1001         case RTP_PRIO_IDLE:
1002                 q = &bsd4_idqueues[pri];
1003                 which = &bsd4_idqueuebits;
1004                 break;
1005         default:
1006                 panic("remrunqueue: invalid rtprio type");
1007                 /* NOT REACHED */
1008         }
1009         TAILQ_REMOVE(q, lp, lwp_procq);
1010         if (TAILQ_EMPTY(q)) {
1011                 KASSERT((*which & (1 << pri)) != 0,
1012                         ("remrunqueue: remove from empty queue"));
1013                 *which &= ~(1 << pri);
1014         }
1015 }
1016
1017 /*
1018  * bsd4_setrunqueue_locked()
1019  *
1020  * Add a process whos rqtype and rqindex had previously been calculated
1021  * onto the appropriate run queue.   Determine if the addition requires
1022  * a reschedule on a cpu and return the cpuid or -1.
1023  *
1024  * NOTE: Lower priorities are better priorities.
1025  *
1026  * MPSAFE - bsd4_spin must be held exclusively on call
1027  */
1028 static void
1029 bsd4_setrunqueue_locked(struct lwp *lp)
1030 {
1031         struct rq *q;
1032         u_int32_t *which;
1033         int pri;
1034
1035         KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1036         lp->lwp_flag |= LWP_ONRUNQ;
1037         ++bsd4_runqcount;
1038
1039         pri = lp->lwp_rqindex;
1040
1041         switch(lp->lwp_rqtype) {
1042         case RTP_PRIO_NORMAL:
1043                 q = &bsd4_queues[pri];
1044                 which = &bsd4_queuebits;
1045                 break;
1046         case RTP_PRIO_REALTIME:
1047         case RTP_PRIO_FIFO:
1048                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
1049                 which = &bsd4_rtqueuebits;
1050                 break;
1051         case RTP_PRIO_IDLE:
1052                 q = &bsd4_idqueues[pri];
1053                 which = &bsd4_idqueuebits;
1054                 break;
1055         default:
1056                 panic("remrunqueue: invalid rtprio type");
1057                 /* NOT REACHED */
1058         }
1059
1060         /*
1061          * Add to the correct queue and set the appropriate bit.  If no
1062          * lower priority (i.e. better) processes are in the queue then
1063          * we want a reschedule, calculate the best cpu for the job.
1064          *
1065          * Always run reschedules on the LWPs original cpu.
1066          */
1067         TAILQ_INSERT_TAIL(q, lp, lwp_procq);
1068         *which |= 1 << pri;
1069 }
1070
1071 #ifdef SMP
1072
1073 /*
1074  * For SMP systems a user scheduler helper thread is created for each
1075  * cpu and is used to allow one cpu to wakeup another for the purposes of
1076  * scheduling userland threads from setrunqueue().  UP systems do not
1077  * need the helper since there is only one cpu.  We can't use the idle
1078  * thread for this because we need to hold the MP lock.  Additionally,
1079  * doing things this way allows us to HLT idle cpus on MP systems.
1080  *
1081  * MPSAFE
1082  */
1083 static void
1084 sched_thread(void *dummy)
1085 {
1086     globaldata_t gd;
1087     bsd4_pcpu_t  dd;
1088     struct lwp *nlp;
1089     cpumask_t cpumask;
1090     int cpuid;
1091 #if 0
1092     cpumask_t tmpmask;
1093     int tmpid;
1094 #endif
1095
1096     gd = mycpu;
1097     cpuid = gd->gd_cpuid;       /* doesn't change */
1098     cpumask = gd->gd_cpumask;   /* doesn't change */
1099     dd = &bsd4_pcpu[cpuid];
1100
1101     /*
1102      * The scheduler thread does not need to hold the MP lock.  Since we
1103      * are woken up only when no user processes are scheduled on a cpu, we
1104      * can run at an ultra low priority.
1105      */
1106     rel_mplock();
1107     lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_SCHEDULER);
1108
1109     for (;;) {
1110         /*
1111          * We use the LWKT deschedule-interlock trick to avoid racing
1112          * bsd4_rdyprocmask.  This means we cannot block through to the
1113          * manual lwkt_switch() call we make below.
1114          */
1115         crit_enter_gd(gd);
1116         lwkt_deschedule_self(gd->gd_curthread);
1117         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
1118         atomic_set_int(&bsd4_rdyprocmask, cpumask);
1119
1120         clear_user_resched();   /* This satisfied the reschedule request */
1121         dd->rrcount = 0;        /* Reset the round-robin counter */
1122
1123         if ((bsd4_curprocmask & cpumask) == 0) {
1124                 /*
1125                  * No thread is currently scheduled.
1126                  */
1127                 KKASSERT(dd->uschedcp == NULL);
1128                 if ((nlp = chooseproc_locked(NULL)) != NULL) {
1129                         atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, cpumask);
1130                         dd->upri = nlp->lwp_priority;
1131                         dd->uschedcp = nlp;
1132                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1133                         lwkt_acquire(nlp->lwp_thread);
1134                         lwkt_schedule(nlp->lwp_thread);
1135                 } else {
1136                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1137                 }
1138 #if 0
1139         /*
1140          * Disabled for now, this can create an infinite loop.
1141          */
1142         } else if (bsd4_runqcount) {
1143                 /*
1144                  * Someone scheduled us but raced.  In order to not lose
1145                  * track of the fact that there may be a LWP ready to go,
1146                  * forward the request to another cpu if available.
1147                  *
1148                  * Rotate through cpus starting with cpuid + 1.  Since cpuid
1149                  * is already masked out by gd_other_cpus, just use ~cpumask.
1150                  */
1151                 tmpmask = bsd4_rdyprocmask & mycpu->gd_other_cpus &
1152                           ~bsd4_curprocmask;
1153                 if (tmpmask) {
1154                         if (tmpmask & ~(cpumask - 1))
1155                                 tmpid = bsfl(tmpmask & ~(cpumask - 1));
1156                         else
1157                                 tmpid = bsfl(tmpmask);
1158                         bsd4_scancpu = tmpid;
1159                         atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << tmpid);
1160                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1161                         lwkt_schedule(&bsd4_pcpu[tmpid].helper_thread);
1162                 } else {
1163                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1164                 }
1165 #endif
1166         } else {
1167                 /*
1168                  * The runq is empty.
1169                  */
1170                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1171         }
1172         crit_exit_gd(gd);
1173         lwkt_switch();
1174     }
1175 }
1176
1177 /*
1178  * Setup our scheduler helpers.  Note that curprocmask bit 0 has already
1179  * been cleared by rqinit() and we should not mess with it further.
1180  */
1181 static void
1182 sched_thread_cpu_init(void)
1183 {
1184     int i;
1185
1186     if (bootverbose)
1187         kprintf("start scheduler helpers on cpus:");
1188
1189     for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
1190         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[i];
1191         cpumask_t mask = 1 << i;
1192
1193         if ((mask & smp_active_mask) == 0)
1194             continue;
1195
1196         if (bootverbose)
1197             kprintf(" %d", i);
1198
1199         lwkt_create(sched_thread, NULL, NULL, &dd->helper_thread, 
1200                     TDF_STOPREQ, i, "usched %d", i);
1201
1202         /*
1203          * Allow user scheduling on the target cpu.  cpu #0 has already
1204          * been enabled in rqinit().
1205          */
1206         if (i)
1207             atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, mask);
1208         atomic_set_int(&bsd4_rdyprocmask, mask);
1209         dd->upri = PRIBASE_NULL;
1210     }
1211     if (bootverbose)
1212         kprintf("\n");
1213 }
1214 SYSINIT(uschedtd, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_SECOND,
1215         sched_thread_cpu_init, NULL)
1216
1217 #endif
1218