kernel - usched_dfly revamp (4), improve tail
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2011 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  *
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  */
34
35 /*
36  * Each cpu in a system has its own self-contained light weight kernel
37  * thread scheduler, which means that generally speaking we only need
38  * to use a critical section to avoid problems.  Foreign thread 
39  * scheduling is queued via (async) IPIs.
40  */
41
42 #include <sys/param.h>
43 #include <sys/systm.h>
44 #include <sys/kernel.h>
45 #include <sys/proc.h>
46 #include <sys/rtprio.h>
47 #include <sys/kinfo.h>
48 #include <sys/queue.h>
49 #include <sys/sysctl.h>
50 #include <sys/kthread.h>
51 #include <machine/cpu.h>
52 #include <sys/lock.h>
53 #include <sys/caps.h>
54 #include <sys/spinlock.h>
55 #include <sys/ktr.h>
56
57 #include <sys/thread2.h>
58 #include <sys/spinlock2.h>
59 #include <sys/mplock2.h>
60
61 #include <sys/dsched.h>
62
63 #include <vm/vm.h>
64 #include <vm/vm_param.h>
65 #include <vm/vm_kern.h>
66 #include <vm/vm_object.h>
67 #include <vm/vm_page.h>
68 #include <vm/vm_map.h>
69 #include <vm/vm_pager.h>
70 #include <vm/vm_extern.h>
71
72 #include <machine/stdarg.h>
73 #include <machine/smp.h>
74
75 #if !defined(KTR_CTXSW)
76 #define KTR_CTXSW KTR_ALL
77 #endif
78 KTR_INFO_MASTER(ctxsw);
79 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, sw, 0, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
80 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, pre, 1, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
81 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, newtd, 2, "#threads[%p].name = %s", struct thread *td, char *comm);
82 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, deadtd, 3, "#threads[%p].name = <dead>", struct thread *td);
83
84 static MALLOC_DEFINE(M_THREAD, "thread", "lwkt threads");
85
86 #ifdef  INVARIANTS
87 static int panic_on_cscount = 0;
88 #endif
89 static __int64_t switch_count = 0;
90 static __int64_t preempt_hit = 0;
91 static __int64_t preempt_miss = 0;
92 static __int64_t preempt_weird = 0;
93 static int lwkt_use_spin_port;
94 static struct objcache *thread_cache;
95
96 #ifdef SMP
97 static void lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
98 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
99 #endif
100
101 extern void cpu_heavy_restore(void);
102 extern void cpu_lwkt_restore(void);
103 extern void cpu_kthread_restore(void);
104 extern void cpu_idle_restore(void);
105
106 /*
107  * We can make all thread ports use the spin backend instead of the thread
108  * backend.  This should only be set to debug the spin backend.
109  */
110 TUNABLE_INT("lwkt.use_spin_port", &lwkt_use_spin_port);
111
112 #ifdef  INVARIANTS
113 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0,
114     "Panic if attempting to switch lwkt's while mastering cpusync");
115 #endif
116 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0,
117     "Number of switched threads");
118 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, 
119     "Successful preemption events");
120 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, 
121     "Failed preemption events");
122 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0,
123     "Number of preempted threads.");
124 static int fairq_enable = 0;
125 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW,
126         &fairq_enable, 0, "Turn on fairq priority accumulators");
127 static int fairq_bypass = -1;
128 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_bypass, CTLFLAG_RW,
129         &fairq_bypass, 0, "Allow fairq to bypass td on token failure");
130 extern int lwkt_sched_debug;
131 int lwkt_sched_debug = 0;
132 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, sched_debug, CTLFLAG_RW,
133         &lwkt_sched_debug, 0, "Scheduler debug");
134 static int lwkt_spin_loops = 10;
135 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_loops, CTLFLAG_RW,
136         &lwkt_spin_loops, 0, "Scheduler spin loops until sorted decon");
137 static int lwkt_spin_reseq = 0;
138 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_reseq, CTLFLAG_RW,
139         &lwkt_spin_reseq, 0, "Scheduler resequencer enable");
140 static int lwkt_spin_monitor = 0;
141 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_monitor, CTLFLAG_RW,
142         &lwkt_spin_monitor, 0, "Scheduler uses monitor/mwait");
143 static int lwkt_spin_fatal = 0; /* disabled */
144 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_fatal, CTLFLAG_RW,
145         &lwkt_spin_fatal, 0, "LWKT scheduler spin loops till fatal panic");
146 static int preempt_enable = 1;
147 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW,
148         &preempt_enable, 0, "Enable preemption");
149 static int lwkt_cache_threads = 0;
150 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, cache_threads, CTLFLAG_RD,
151         &lwkt_cache_threads, 0, "thread+kstack cache");
152
153 static __cachealign int lwkt_cseq_rindex;
154 static __cachealign int lwkt_cseq_windex;
155
156 /*
157  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
158  * within a critical section.
159  *
160  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
161  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
162  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
163  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
164  */
165 static __inline
166 void
167 _lwkt_dequeue(thread_t td)
168 {
169     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
170         struct globaldata *gd = td->td_gd;
171
172         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
173         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
174         --gd->gd_tdrunqcount;
175         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
176                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
177     }
178 }
179
180 /*
181  * Priority enqueue.
182  *
183  * There are a limited number of lwkt threads runnable since user
184  * processes only schedule one at a time per cpu.  However, there can
185  * be many user processes in kernel mode exiting from a tsleep() which
186  * become runnable.  We do a secondary comparison using td_upri to try
187  * to order these in the situation where several wake up at the same time
188  * to avoid excessive switching.
189  *
190  * NOTE: lwkt_schedulerclock() will force a round-robin based on td_pri and
191  *       will ignore user priority.  This is to ensure that user threads in
192  *       kernel mode get cpu at some point regardless of what the user
193  *       scheduler thinks.
194  */
195 static __inline
196 void
197 _lwkt_enqueue(thread_t td)
198 {
199     thread_t xtd;
200
201     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
202         struct globaldata *gd = td->td_gd;
203
204         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
205         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
206         if (xtd == NULL) {
207             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
208             atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
209         } else {
210             while (xtd &&
211                    (xtd->td_pri > td->td_pri ||
212                     (xtd->td_pri == td->td_pri &&
213                      xtd->td_upri >= td->td_pri))) {
214                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
215             }
216             if (xtd)
217                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
218             else
219                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
220         }
221         ++gd->gd_tdrunqcount;
222
223         /*
224          * Request a LWKT reschedule if we are now at the head of the queue.
225          */
226         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td)
227             need_lwkt_resched();
228     }
229 }
230
231 static __boolean_t
232 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
233 {
234         struct thread *td = (struct thread *)obj;
235
236         td->td_kstack = NULL;
237         td->td_kstack_size = 0;
238         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
239         td->td_mpflags = 0;
240         return (1);
241 }
242
243 static void
244 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
245 {
246         struct thread *td = (struct thread *)obj;
247
248         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
249             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
250         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
251                 td->td_kstack_size > 0,
252             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
253         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
254         td->td_kstack = NULL;
255         td->td_flags = 0;
256 }
257
258 /*
259  * Initialize the lwkt s/system.
260  *
261  * Nominally cache up to 32 thread + kstack structures.  Cache more on
262  * systems with a lot of cpu cores.
263  */
264 void
265 lwkt_init(void)
266 {
267     TUNABLE_INT("lwkt.cache_threads", &lwkt_cache_threads);
268     if (lwkt_cache_threads == 0) {
269         lwkt_cache_threads = ncpus * 4;
270         if (lwkt_cache_threads < 32)
271             lwkt_cache_threads = 32;
272     }
273     thread_cache = objcache_create_mbacked(
274                                 M_THREAD, sizeof(struct thread),
275                                 NULL, lwkt_cache_threads,
276                                 _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
277 }
278
279 /*
280  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
281  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
282  * function.
283  *
284  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
285  */
286 void
287 lwkt_schedule_self(thread_t td)
288 {
289     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
290     crit_enter_quick(td);
291     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
292             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
293     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
294              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
295     _lwkt_enqueue(td);
296     crit_exit_quick(td);
297 }
298
299 /*
300  * Deschedule a thread.
301  *
302  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
303  */
304 void
305 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
306 {
307     crit_enter_quick(td);
308     _lwkt_dequeue(td);
309     crit_exit_quick(td);
310 }
311
312 /*
313  * LWKTs operate on a per-cpu basis
314  *
315  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
316  */
317 void
318 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
319 {
320     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
321     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
322 }
323
324 /*
325  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
326  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
327  * -1 the thread will be created on the current cpu.
328  *
329  * If you intend to create a thread without a process context this function
330  * does everything except load the startup and switcher function.
331  */
332 thread_t
333 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
334 {
335     static int cpu_rotator;
336     globaldata_t gd = mycpu;
337     void *stack;
338
339     /*
340      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
341      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
342      * thread intact through the exit.
343      */
344     if (td == NULL) {
345         crit_enter_gd(gd);
346         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
347             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
348                                       TDF_RUNQ)) == 0);
349             gd->gd_freetd = NULL;
350         } else {
351             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
352             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
353                                       TDF_RUNQ)) == 0);
354         }
355         crit_exit_gd(gd);
356         KASSERT((td->td_flags &
357                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) ==
358                  TDF_ALLOCATED_THREAD,
359                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
360         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
361     }
362
363     /*
364      * Try to reuse cached stack.
365      */
366     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
367         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
368             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
369             stack = NULL;
370         }
371     }
372     if (stack == NULL) {
373         stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize);
374         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
375     }
376     if (cpu < 0) {
377         cpu = ++cpu_rotator;
378         cpu_ccfence();
379         cpu %= ncpus;
380     }
381     lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
382     return(td);
383 }
384
385 /*
386  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
387  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
388  *
389  * All threads start out in a critical section at a priority of
390  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
391  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
392  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
393  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
394  * cpu.
395  *
396  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
397  * if SMP has not yet been activated.
398  */
399 #ifdef SMP
400
401 static void
402 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
403 {
404     thread_t td = arg;
405
406     /*
407      * Protected by critical section held by IPI dispatch
408      */
409     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
410 }
411
412 #endif
413
414 /*
415  * lwkt core thread structural initialization.
416  *
417  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
418  */
419 void
420 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
421                 struct globaldata *gd)
422 {
423     globaldata_t mygd = mycpu;
424
425     bzero(td, sizeof(struct thread));
426     td->td_kstack = stack;
427     td->td_kstack_size = stksize;
428     td->td_flags = flags;
429     td->td_mpflags = 0;
430     td->td_gd = gd;
431     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
432     td->td_critcount = 1;
433     td->td_toks_have = NULL;
434     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
435     if (lwkt_use_spin_port || (flags & TDF_FORCE_SPINPORT))
436         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport, td);
437     else
438         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
439     pmap_init_thread(td);
440 #ifdef SMP
441     /*
442      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
443      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
444      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
445      * of gd_tdallq requires the BGL.
446      */
447     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
448         crit_enter_gd(mygd);
449         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
450         crit_exit_gd(mygd);
451     } else {
452         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
453     }
454 #else
455     crit_enter_gd(mygd);
456     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
457     crit_exit_gd(mygd);
458 #endif
459
460     dsched_new_thread(td);
461 }
462
463 void
464 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
465 {
466     __va_list va;
467
468     __va_start(va, ctl);
469     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
470     __va_end(va);
471     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, td->td_comm);
472 }
473
474 /*
475  * Prevent the thread from getting destroyed.  Note that unlike PHOLD/PRELE
476  * this does not prevent the thread from migrating to another cpu so the
477  * gd_tdallq state is not protected by this.
478  */
479 void
480 lwkt_hold(thread_t td)
481 {
482     atomic_add_int(&td->td_refs, 1);
483 }
484
485 void
486 lwkt_rele(thread_t td)
487 {
488     KKASSERT(td->td_refs > 0);
489     atomic_add_int(&td->td_refs, -1);
490 }
491
492 void
493 lwkt_free_thread(thread_t td)
494 {
495     KKASSERT(td->td_refs == 0);
496     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING | TDF_PREEMPT_LOCK |
497                               TDF_RUNQ | TDF_TSLEEPQ)) == 0);
498     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
499         objcache_put(thread_cache, td);
500     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
501         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
502         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
503             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
504         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
505         td->td_kstack = NULL;
506         td->td_kstack_size = 0;
507     }
508     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
509 }
510
511
512 /*
513  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
514  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
515  * section to avoid races with the scheduling queue.
516  *
517  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
518  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
519  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
520  * the result is very, very fast thread switching.
521  *
522  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
523  * each priority level.  User process scheduling is a totally
524  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
525  * user process priorities.
526  *
527  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
528  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
529  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
530  *
531  * SPECIAL NOTE ON SWITCH ATOMICY: Certain operations such as thread
532  * migration and tsleep deschedule the current lwkt thread and call
533  * lwkt_switch().  In particular, the target cpu of the migration fully
534  * expects the thread to become non-runnable and can deadlock against
535  * cpusync operations if we run any IPIs prior to switching the thread out.
536  *
537  * WE MUST BE VERY CAREFUL NOT TO RUN SPLZ DIRECTLY OR INDIRECTLY IF
538  * THE CURRENT THREAD HAS BEEN DESCHEDULED!
539  */
540 void
541 lwkt_switch(void)
542 {
543     globaldata_t gd = mycpu;
544     thread_t td = gd->gd_curthread;
545     thread_t ntd;
546     int spinning = 0;
547
548     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
549     KKASSERT(td->td_flags & TDF_RUNNING);
550
551     /*
552      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
553      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
554      * kernel trap or we have paniced.
555      *
556      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
557      */
558     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
559         int savegdnest;
560         int savegdtrap;
561
562         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
563             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
564                   "fast interrupt, ipi, or hard code section, "
565                   "td %p\n",
566                   td);
567         } else {
568             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
569             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
570             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
571             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
572             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
573                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
574                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
575                         "or hard code section.\n"
576                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
577                 print_backtrace(-1);
578             }
579             lwkt_switch();
580             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
581             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
582             return;
583         }
584     }
585
586     /*
587      * Release our current user process designation if we are blocking
588      * or if a user reschedule was requested.
589      *
590      * NOTE: This function is NOT called if we are switching into or
591      *       returning from a preemption.
592      *
593      * NOTE: Releasing our current user process designation may cause
594      *       it to be assigned to another thread, which in turn will
595      *       cause us to block in the usched acquire code when we attempt
596      *       to return to userland.
597      *
598      * NOTE: On SMP systems this can be very nasty when heavy token
599      *       contention is present so we want to be careful not to
600      *       release the designation gratuitously.
601      */
602     if (td->td_release &&
603         (user_resched_wanted() || (td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0)) {
604             td->td_release(td);
605     }
606
607     /*
608      * Release all tokens
609      */
610     crit_enter_gd(gd);
611     if (TD_TOKS_HELD(td))
612             lwkt_relalltokens(td);
613
614     /*
615      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
616      * endless panic loop.
617      */
618     KASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0 || panicstr != NULL, 
619             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
620              gd->gd_spinlocks_wr));
621
622
623 #ifdef SMP
624 #ifdef  INVARIANTS
625     if (td->td_cscount) {
626         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
627                 td);
628         if (panic_on_cscount)
629             panic("switching while mastering cpusync");
630     }
631 #endif
632 #endif
633
634     /*
635      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
636      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
637      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
638      * itself).
639      *
640      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
641      * out the adjustment that was made to curthread when the original
642      * was preempted.
643      */
644     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
645         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
646         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
647
648         /*
649          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
650          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
651          * at a lower priority.
652          *
653          * The interrupt may not have descheduled.
654          */
655         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) != ntd)
656             need_lwkt_resched();
657         goto havethread_preempted;
658     }
659
660     /*
661      * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
662      * schedule the target thread.
663      *
664      * Reminder: Again, we cannot afford to run any IPIs in this path if
665      * the current thread has been descheduled.
666      */
667     for (;;) {
668         clear_lwkt_resched();
669
670         /*
671          * Hotpath - pull the head of the run queue and attempt to schedule
672          * it.
673          */
674         ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
675
676         if (ntd == NULL) {
677             /*
678              * Runq is empty, switch to idle to allow it to halt.
679              */
680             ntd = &gd->gd_idlethread;
681 #ifdef SMP
682             if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
683                 ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
684 #endif
685             cpu_time.cp_msg[0] = 0;
686             cpu_time.cp_stallpc = 0;
687             goto haveidle;
688         }
689
690         /*
691          * Hotpath - schedule ntd.
692          *
693          * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
694          *           always succeeds.
695          */
696         if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
697             lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops)))
698         {
699             goto havethread;
700         }
701
702         /*
703          * Coldpath (SMP only since tokens always succeed on UP)
704          *
705          * We had some contention on the thread we wanted to schedule.
706          * What we do now is try to find a thread that we can schedule
707          * in its stead.
708          *
709          * The coldpath scan does NOT rearrange threads in the run list.
710          * The lwkt_schedulerclock() will assert need_lwkt_resched() on
711          * the next tick whenever the current head is not the current thread.
712          */
713 #ifdef  INVARIANTS
714         ++ntd->td_contended;
715 #endif
716         ++gd->gd_cnt.v_token_colls;
717
718         if (fairq_bypass > 0)
719                 goto skip;
720
721         while ((ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq)) != NULL) {
722 #ifdef LWKT_SPLIT_USERPRI
723                 /*
724                  * Never schedule threads returning to userland or the
725                  * user thread scheduler helper thread when higher priority
726                  * threads are present.  The runq is sorted by priority
727                  * so we can give up traversing it when we find the first
728                  * low priority thread.
729                  */
730                 if (ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED) {
731                         ntd = NULL;
732                         break;
733                 }
734 #endif
735
736                 /*
737                  * Try this one.
738                  */
739                 if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
740                     lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops))) {
741                         goto havethread;
742                 }
743 #ifdef  INVARIANTS
744                 ++ntd->td_contended;
745 #endif
746                 ++gd->gd_cnt.v_token_colls;
747         }
748
749 skip:
750         /*
751          * We exhausted the run list, meaning that all runnable threads
752          * are contested.
753          */
754         cpu_pause();
755         ntd = &gd->gd_idlethread;
756 #ifdef SMP
757         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
758             ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
759         /* contention case, do not clear contention mask */
760 #endif
761
762         /*
763          * We are going to have to retry but if the current thread is not
764          * on the runq we instead switch through the idle thread to get away
765          * from the current thread.  We have to flag for lwkt reschedule
766          * to prevent the idle thread from halting.
767          *
768          * NOTE: A non-zero spinning is passed to lwkt_getalltokens() to
769          *       instruct it to deal with the potential for deadlocks by
770          *       ordering the tokens by address.
771          */
772         if ((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0) {
773             need_lwkt_resched();        /* prevent hlt */
774             goto haveidle;
775         }
776 #if defined(INVARIANTS) && defined(__amd64__)
777         if ((read_rflags() & PSL_I) == 0) {
778                 cpu_enable_intr();
779                 panic("lwkt_switch() called with interrupts disabled");
780         }
781 #endif
782
783         /*
784          * Number iterations so far.  After a certain point we switch to
785          * a sorted-address/monitor/mwait version of lwkt_getalltokens()
786          */
787         if (spinning < 0x7FFFFFFF)
788             ++spinning;
789
790 #ifdef SMP
791         /*
792          * lwkt_getalltokens() failed in sorted token mode, we can use
793          * monitor/mwait in this case.
794          */
795         if (spinning >= lwkt_spin_loops &&
796             (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) &&
797             lwkt_spin_monitor)
798         {
799             cpu_mmw_pause_int(&gd->gd_reqflags,
800                               (gd->gd_reqflags | RQF_SPINNING) &
801                               ~RQF_IDLECHECK_WK_MASK);
802         }
803 #endif
804
805         /*
806          * We already checked that td is still scheduled so this should be
807          * safe.
808          */
809         splz_check();
810
811         /*
812          * This experimental resequencer is used as a fall-back to reduce
813          * hw cache line contention by placing each core's scheduler into a
814          * time-domain-multplexed slot.
815          *
816          * The resequencer is disabled by default.  It's functionality has
817          * largely been superceeded by the token algorithm which limits races
818          * to a subset of cores.
819          *
820          * The resequencer algorithm tends to break down when more than
821          * 20 cores are contending.  What appears to happen is that new
822          * tokens can be obtained out of address-sorted order by new cores
823          * while existing cores languish in long delays between retries and
824          * wind up being starved-out of the token acquisition.
825          */
826         if (lwkt_spin_reseq && spinning >= lwkt_spin_reseq) {
827             int cseq = atomic_fetchadd_int(&lwkt_cseq_windex, 1);
828             int oseq;
829
830             while ((oseq = lwkt_cseq_rindex) != cseq) {
831                 cpu_ccfence();
832 #if 1
833                 if (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) {
834                     cpu_mmw_pause_int(&lwkt_cseq_rindex, oseq);
835                 } else {
836 #endif
837                     cpu_pause();
838                     cpu_lfence();
839 #if 1
840                 }
841 #endif
842             }
843             DELAY(1);
844             atomic_add_int(&lwkt_cseq_rindex, 1);
845         }
846         /* highest level for(;;) loop */
847     }
848
849 havethread:
850     /*
851      * Clear gd_idle_repeat when doing a normal switch to a non-idle
852      * thread.
853      */
854     ntd->td_wmesg = NULL;
855     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
856     gd->gd_idle_repeat = 0;
857
858 havethread_preempted:
859     /*
860      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
861      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
862      * already acquired it for the target.
863      */
864     ;
865 haveidle:
866     KASSERT(ntd->td_critcount,
867             ("priority problem in lwkt_switch %d %d",
868             td->td_critcount, ntd->td_critcount));
869
870     if (td != ntd) {
871         /*
872          * Execute the actual thread switch operation.  This function
873          * returns to the current thread and returns the previous thread
874          * (which may be different from the thread we switched to).
875          *
876          * We are responsible for marking ntd as TDF_RUNNING.
877          */
878         KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
879         ++switch_count;
880         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
881         ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
882         lwkt_switch_return(td->td_switch(ntd));
883         /* ntd invalid, td_switch() can return a different thread_t */
884     }
885
886     /*
887      * catch-all.  XXX is this strictly needed?
888      */
889     splz_check();
890
891     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
892     crit_exit_quick(td);
893 }
894
895 /*
896  * Called by assembly in the td_switch (thread restore path) for thread
897  * bootstrap cases which do not 'return' to lwkt_switch().
898  */
899 void
900 lwkt_switch_return(thread_t otd)
901 {
902 #ifdef SMP
903         globaldata_t rgd;
904
905         /*
906          * Check if otd was migrating.  Now that we are on ntd we can finish
907          * up the migration.  This is a bit messy but it is the only place
908          * where td is known to be fully descheduled.
909          *
910          * We can only activate the migration if otd was migrating but not
911          * held on the cpu due to a preemption chain.  We still have to
912          * clear TDF_RUNNING on the old thread either way.
913          *
914          * We are responsible for clearing the previously running thread's
915          * TDF_RUNNING.
916          */
917         if ((rgd = otd->td_migrate_gd) != NULL &&
918             (otd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0) {
919                 KKASSERT((otd->td_flags & (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING)) ==
920                          (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING));
921                 otd->td_migrate_gd = NULL;
922                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
923                 lwkt_send_ipiq(rgd, lwkt_setcpu_remote, otd);
924         } else {
925                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
926         }
927 #else
928         otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
929 #endif
930
931         /*
932          * Final exit validations (see lwp_wait()).  Note that otd becomes
933          * invalid the *instant* we set TDF_MP_EXITSIG.
934          */
935         while (otd->td_flags & TDF_EXITING) {
936                 u_int mpflags;
937
938                 mpflags = otd->td_mpflags;
939                 cpu_ccfence();
940
941                 if (mpflags & TDF_MP_EXITWAIT) {
942                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
943                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
944                                 wakeup(otd);
945                                 break;
946                         }
947                 } else {
948                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
949                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
950                                 wakeup(otd);
951                                 break;
952                         }
953                 }
954         }
955 }
956
957 /*
958  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
959  * can only occur if our only critical section is the one that we were called
960  * with, the relative priority of the target thread is higher, and the target
961  * thread holds no tokens.  This also only works if we are not holding any
962  * spinlocks (obviously).
963  *
964  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
965  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
966  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
967  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
968  * priority of lwkt_schedule() itself).
969  *
970  * Preemption is typically limited to interrupt threads.
971  *
972  * Operation works in a fairly straight-forward manner.  The normal
973  * scheduling code is bypassed and we switch directly to the target
974  * thread.  When the target thread attempts to block or switch away
975  * code at the base of lwkt_switch() will switch directly back to our
976  * thread.  Our thread is able to retain whatever tokens it holds and
977  * if the target needs one of them the target will switch back to us
978  * and reschedule itself normally.
979  */
980 void
981 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
982 {
983     struct globaldata *gd = mycpu;
984     thread_t xtd;
985     thread_t td;
986     int save_gd_intr_nesting_level;
987
988     /*
989      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
990      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
991      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
992      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
993      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
994      *
995      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
996      * inherit our critical section?  I dunno yet).
997      */
998     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
999
1000     td = gd->gd_curthread;
1001     if (preempt_enable == 0) {
1002         ++preempt_miss;
1003         return;
1004     }
1005     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
1006         ++preempt_miss;
1007         return;
1008     }
1009     if (td->td_critcount > critcount) {
1010         ++preempt_miss;
1011         return;
1012     }
1013 #ifdef SMP
1014     if (td->td_cscount) {
1015         ++preempt_miss;
1016         return;
1017     }
1018     if (ntd->td_gd != gd) {
1019         ++preempt_miss;
1020         return;
1021     }
1022 #endif
1023     /*
1024      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
1025      * td_critcount.
1026      *
1027      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
1028      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
1029      * is no need to support it.
1030      */
1031     KKASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0);
1032
1033     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
1034         ++preempt_miss;
1035         return;
1036     }
1037     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1038         ++preempt_weird;
1039         return;
1040     }
1041     if (ntd->td_preempted) {
1042         ++preempt_hit;
1043         return;
1044     }
1045     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
1046
1047     /*
1048      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
1049      * call need_lwkt_resched().
1050      *
1051      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
1052      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
1053      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
1054      *
1055      * A preemption must switch back to the original thread, assert the
1056      * case.
1057      */
1058     ++preempt_hit;
1059     ntd->td_preempted = td;
1060     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1061     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1062     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1063     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1064
1065     KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
1066     ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
1067     xtd = td->td_switch(ntd);
1068     KKASSERT(xtd == ntd);
1069     lwkt_switch_return(xtd);
1070     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1071
1072     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1073     ntd->td_preempted = NULL;
1074     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1075 }
1076
1077 /*
1078  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1079  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1080  * section.
1081  *
1082  * (self contained on a per cpu basis)
1083  */
1084 void
1085 splz_check(void)
1086 {
1087     globaldata_t gd = mycpu;
1088     thread_t td = gd->gd_curthread;
1089
1090     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1091         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1092         td->td_nest_count < 2)
1093     {
1094         splz();
1095     }
1096 }
1097
1098 /*
1099  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1100  * been tested but td_critcount has not.
1101  *
1102  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1103  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1104  *
1105  * NOTE: gd->gd_spinlocks_wr is implied to be 0 when td_critcount is 0.
1106  */
1107 void
1108 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1109 {
1110     globaldata_t gd = td->td_gd;
1111
1112     if (td->td_critcount == 0 &&
1113         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1114         td->td_nest_count < 2)
1115     {
1116         splz();
1117     }
1118 }
1119
1120 /*
1121  * Drivers which set up processing co-threads can call this function to
1122  * run the co-thread at a higher priority and to allow it to preempt
1123  * normal threads.
1124  */
1125 void
1126 lwkt_set_interrupt_support_thread(void)
1127 {
1128         thread_t td = curthread;
1129
1130         lwkt_setpri_self(TDPRI_INT_SUPPORT);
1131         td->td_flags |= TDF_INTTHREAD;
1132         td->td_preemptable = lwkt_preempt;
1133 }
1134
1135
1136 /*
1137  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1138  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1139  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1140  * (curthread) continues running in the released state.
1141  */
1142 void
1143 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1144 {
1145     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1146
1147 #ifdef LWKT_SPLIT_USERPRI
1148     td->td_release = NULL;
1149     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1150 #endif
1151
1152     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1153 }
1154
1155
1156 /*
1157  * This implements a LWKT yield, allowing a kernel thread to yield to other
1158  * kernel threads at the same or higher priority.  This function can be
1159  * called in a tight loop and will typically only yield once per tick.
1160  *
1161  * Most kernel threads run at the same priority in order to allow equal
1162  * sharing.
1163  *
1164  * (self contained on a per cpu basis)
1165  */
1166 void
1167 lwkt_yield(void)
1168 {
1169     globaldata_t gd = mycpu;
1170     thread_t td = gd->gd_curthread;
1171
1172     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1173         splz();
1174     if (lwkt_resched_wanted()) {
1175         lwkt_schedule_self(curthread);
1176         lwkt_switch();
1177     }
1178 }
1179
1180 /*
1181  * The quick version processes pending interrupts and higher-priority
1182  * LWKT threads but will not round-robin same-priority LWKT threads.
1183  *
1184  * When called while attempting to return to userland the only same-pri
1185  * threads are the ones which have already tried to become the current
1186  * user process.
1187  */
1188 void
1189 lwkt_yield_quick(void)
1190 {
1191     globaldata_t gd = mycpu;
1192     thread_t td = gd->gd_curthread;
1193
1194     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1195         splz();
1196     if (lwkt_resched_wanted()) {
1197         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1198             clear_lwkt_resched();
1199         } else {
1200             lwkt_schedule_self(curthread);
1201             lwkt_switch();
1202         }
1203     }
1204 }
1205
1206 /*
1207  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1208  *
1209  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1210  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1211  * switch to other processes by releasing.
1212  *
1213  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1214  * if no yield is determined to be needed.
1215  */
1216 void
1217 lwkt_user_yield(void)
1218 {
1219     globaldata_t gd = mycpu;
1220     thread_t td = gd->gd_curthread;
1221
1222     /*
1223      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1224      * section.
1225      */
1226     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1227         splz();
1228
1229     /*
1230      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1231      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1232      * quantum has run out.
1233      */
1234     if (lwkt_resched_wanted() ||
1235         user_resched_wanted())
1236     {
1237         lwkt_switch();
1238     }
1239
1240 #if 0
1241     /*
1242      * Reacquire the current process if we are released.
1243      *
1244      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1245      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1246      */
1247     if (td->td_release == NULL && lp) {
1248         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1249         td->td_release = lwkt_passive_release;
1250         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1251     }
1252 #endif
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1257  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1258  *
1259  * We have a little helper inline function which does additional work after
1260  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1261  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1262  * to userland until it has processed higher priority threads).
1263  *
1264  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1265  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1266  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1267  */
1268 static __inline
1269 void
1270 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount)
1271 {
1272     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1273         if (ntd->td_preemptable) {
1274             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1275         }
1276     }
1277 }
1278
1279 static __inline
1280 void
1281 _lwkt_schedule(thread_t td)
1282 {
1283     globaldata_t mygd = mycpu;
1284
1285     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1286             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1287     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
1288     crit_enter_gd(mygd);
1289     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1290              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1291
1292     if (td == mygd->gd_curthread) {
1293         _lwkt_enqueue(td);
1294     } else {
1295         /*
1296          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1297          * critical section).  If we do not own the thread there might
1298          * be a race but the target cpu will deal with it.
1299          */
1300 #ifdef SMP
1301         if (td->td_gd == mygd) {
1302             _lwkt_enqueue(td);
1303             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1304         } else {
1305             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1306         }
1307 #else
1308         _lwkt_enqueue(td);
1309         _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1310 #endif
1311     }
1312     crit_exit_gd(mygd);
1313 }
1314
1315 void
1316 lwkt_schedule(thread_t td)
1317 {
1318     _lwkt_schedule(td);
1319 }
1320
1321 void
1322 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)    /* XXX not impl */
1323 {
1324     _lwkt_schedule(td);
1325 }
1326
1327 #ifdef SMP
1328
1329 /*
1330  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1331  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1332  *
1333  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1334  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1335  */
1336 static void
1337 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1338 {
1339     thread_t td = curthread;
1340     thread_t ntd = arg;
1341
1342     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1343         crit_exit_noyield(td);
1344         _lwkt_schedule(ntd);
1345         crit_enter_quick(td);
1346     } else {
1347         _lwkt_schedule(ntd);
1348     }
1349 }
1350
1351 /*
1352  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1353  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1354  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1355  *
1356  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1357  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1358  *
1359  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1360  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1361  *
1362  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1363  */
1364 void
1365 lwkt_giveaway(thread_t td)
1366 {
1367     globaldata_t gd = mycpu;
1368
1369     crit_enter_gd(gd);
1370     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1371         tsleep_remove(td);
1372     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1373     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1374     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1375     crit_exit_gd(gd);
1376 }
1377
1378 void
1379 lwkt_acquire(thread_t td)
1380 {
1381     globaldata_t gd;
1382     globaldata_t mygd;
1383     int retry = 10000000;
1384
1385     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1386     gd = td->td_gd;
1387     mygd = mycpu;
1388     if (gd != mycpu) {
1389         cpu_lfence();
1390         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1391         crit_enter_gd(mygd);
1392         DEBUG_PUSH_INFO("lwkt_acquire");
1393         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1394 #ifdef SMP
1395             lwkt_process_ipiq();
1396 #endif
1397             cpu_lfence();
1398             if (--retry == 0) {
1399                 kprintf("lwkt_acquire: stuck: td %p td->td_flags %08x\n",
1400                         td, td->td_flags);
1401                 retry = 10000000;
1402             }
1403         }
1404         DEBUG_POP_INFO();
1405         cpu_mfence();
1406         td->td_gd = mygd;
1407         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1408         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1409         crit_exit_gd(mygd);
1410     } else {
1411         crit_enter_gd(mygd);
1412         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1413         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1414         crit_exit_gd(mygd);
1415     }
1416 }
1417
1418 #endif
1419
1420 /*
1421  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1422  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1423  * asynchronous.  
1424  *
1425  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1426  */
1427 void
1428 lwkt_deschedule(thread_t td)
1429 {
1430     crit_enter();
1431 #ifdef SMP
1432     if (td == curthread) {
1433         _lwkt_dequeue(td);
1434     } else {
1435         if (td->td_gd == mycpu) {
1436             _lwkt_dequeue(td);
1437         } else {
1438             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1439         }
1440     }
1441 #else
1442     _lwkt_dequeue(td);
1443 #endif
1444     crit_exit();
1445 }
1446
1447 /*
1448  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1449  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1450  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1451  */
1452 void
1453 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1454 {
1455     if (td->td_pri != pri) {
1456         KKASSERT(pri >= 0);
1457         crit_enter();
1458         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1459             KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1460             _lwkt_dequeue(td);
1461             td->td_pri = pri;
1462             _lwkt_enqueue(td);
1463         } else {
1464             td->td_pri = pri;
1465         }
1466         crit_exit();
1467     }
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1472  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1473  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1474  * cpu.
1475  *
1476  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1477  * and before the thread is initially scheduled.
1478  */
1479 void
1480 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1481 {
1482     KKASSERT(pri >= 0);
1483     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1484     td->td_pri = pri;
1485 }
1486
1487 void
1488 lwkt_setpri_self(int pri)
1489 {
1490     thread_t td = curthread;
1491
1492     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1493     crit_enter();
1494     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1495         _lwkt_dequeue(td);
1496         td->td_pri = pri;
1497         _lwkt_enqueue(td);
1498     } else {
1499         td->td_pri = pri;
1500     }
1501     crit_exit();
1502 }
1503
1504 /*
1505  * hz tick scheduler clock for LWKT threads
1506  */
1507 void
1508 lwkt_schedulerclock(thread_t td)
1509 {
1510     globaldata_t gd = td->td_gd;
1511     thread_t xtd;
1512
1513     if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1514         /*
1515          * If the current thread is at the head of the runq shift it to the
1516          * end of any equal-priority threads and request a LWKT reschedule
1517          * if it moved.
1518          *
1519          * Ignore upri in this situation.  There will only be one user thread
1520          * in user mode, all others will be user threads running in kernel
1521          * mode and we have to make sure they get some cpu.
1522          */
1523         xtd = TAILQ_NEXT(td, td_threadq);
1524         if (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri) {
1525             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1526             while (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri)
1527                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
1528             if (xtd)
1529                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
1530             else
1531                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1532             need_lwkt_resched();
1533         }
1534     } else {
1535         /*
1536          * If we scheduled a thread other than the one at the head of the
1537          * queue always request a reschedule every tick.
1538          */
1539         need_lwkt_resched();
1540     }
1541 }
1542
1543 /*
1544  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1545  *
1546  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu
1547  * and setting td_migrate_gd.  The lwkt_switch() code will detect that the
1548  * 'old' thread wants to migrate after it has been completely switched out
1549  * and will complete the migration.
1550  *
1551  * TDF_MIGRATING prevents scheduling races while the thread is being migrated.
1552  *
1553  * We must be sure to release our current process designation (if a user
1554  * process) before clearing out any tsleepq we are on because the release
1555  * code may re-add us.
1556  *
1557  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1558  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1559  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1560  */
1561
1562 void
1563 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1564 {
1565 #ifdef SMP
1566     thread_t td = curthread;
1567
1568     if (td->td_gd != rgd) {
1569         crit_enter_quick(td);
1570
1571         if (td->td_release)
1572             td->td_release(td);
1573         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1574             tsleep_remove(td);
1575
1576         /*
1577          * Set TDF_MIGRATING to prevent a spurious reschedule while we are
1578          * trying to deschedule ourselves and switch away, then deschedule
1579          * ourself, remove us from tdallq, and set td_migrate_gd.  Finally,
1580          * call lwkt_switch() to complete the operation.
1581          */
1582         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1583         lwkt_deschedule_self(td);
1584         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1585         td->td_migrate_gd = rgd;
1586         lwkt_switch();
1587
1588         /*
1589          * We are now on the target cpu
1590          */
1591         KKASSERT(rgd == mycpu);
1592         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1593         crit_exit_quick(td);
1594     }
1595 #endif
1596 }
1597
1598 void
1599 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1600 {
1601 #ifdef SMP
1602         globaldata_t rgd;
1603
1604         rgd = globaldata_find(cpuid);
1605         lwkt_setcpu_self(rgd);
1606 #endif
1607 }
1608
1609 #ifdef SMP
1610 /*
1611  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1612  * do not have to enter another one).
1613  *
1614  * The thread (td) has already been completely descheduled from the
1615  * originating cpu and we can simply assert the case.  The thread is
1616  * assigned to the new cpu and enqueued.
1617  *
1618  * The thread will re-add itself to tdallq when it resumes execution.
1619  */
1620 static void
1621 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1622 {
1623     thread_t td = arg;
1624     globaldata_t gd = mycpu;
1625
1626     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1627     td->td_gd = gd;
1628     cpu_mfence();
1629     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1630     KKASSERT(td->td_migrate_gd == NULL);
1631     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1632             (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1633     _lwkt_enqueue(td);
1634 }
1635 #endif
1636
1637 struct lwp *
1638 lwkt_preempted_proc(void)
1639 {
1640     thread_t td = curthread;
1641     while (td->td_preempted)
1642         td = td->td_preempted;
1643     return(td->td_lwp);
1644 }
1645
1646 /*
1647  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1648  * with proc0 - ie: kernel only.
1649  *
1650  * If the cpu is not specified one will be selected.  In the future
1651  * specifying a cpu of -1 will enable kernel thread migration between
1652  * cpus.
1653  */
1654 int
1655 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1656             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1657 {
1658     thread_t td;
1659     __va_list ap;
1660
1661     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1662                            tdflags);
1663     if (tdp)
1664         *tdp = td;
1665     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1666
1667     /*
1668      * Set up arg0 for 'ps' etc
1669      */
1670     __va_start(ap, fmt);
1671     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1672     __va_end(ap);
1673
1674     /*
1675      * Schedule the thread to run
1676      */
1677     if (td->td_flags & TDF_NOSTART)
1678         td->td_flags &= ~TDF_NOSTART;
1679     else
1680         lwkt_schedule(td);
1681     return 0;
1682 }
1683
1684 /*
1685  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1686  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1687  * uses a different reaping mechanism.
1688  */
1689 void
1690 lwkt_exit(void)
1691 {
1692     thread_t td = curthread;
1693     thread_t std;
1694     globaldata_t gd;
1695
1696     /*
1697      * Do any cleanup that might block here
1698      */
1699     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1700         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1701     caps_exit(td);
1702     biosched_done(td);
1703     dsched_exit_thread(td);
1704
1705     /*
1706      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1707      * until we can get it freed.
1708      *
1709      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1710      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1711      *
1712      * We are the current thread so of course our own TDF_RUNNING bit will
1713      * be set, so unlike the lwp reap code we don't wait for it to clear.
1714      */
1715     gd = mycpu;
1716     crit_enter_quick(td);
1717     for (;;) {
1718         if (td->td_refs) {
1719             tsleep(td, 0, "tdreap", 1);
1720             continue;
1721         }
1722         if ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1723             KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1724             gd->gd_freetd = NULL;
1725             objcache_put(thread_cache, std);
1726             continue;
1727         }
1728         break;
1729     }
1730
1731     /*
1732      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1733      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1734      * up with a stale td on the tsleepq.
1735      *
1736      * None of this may block, the critical section is the only thing
1737      * protecting tdallq and the only thing preventing new lwkt_hold()
1738      * thread refs now.
1739      */
1740     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1741         tsleep_remove(td);
1742     lwkt_deschedule_self(td);
1743     lwkt_remove_tdallq(td);
1744     KKASSERT(td->td_refs == 0);
1745
1746     /*
1747      * Final cleanup
1748      */
1749     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1750     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1751         gd->gd_freetd = td;
1752     cpu_thread_exit();
1753 }
1754
1755 void
1756 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1757 {
1758     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1759     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1760 }
1761
1762 /*
1763  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1764  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1765  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1766  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1767  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1768  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1769  * procedure instead of duplicating it.
1770  *
1771  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1772  * smaller code size.
1773  */
1774 void
1775 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1776 {
1777     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1778 }
1779
1780 void
1781 crit_panic(void)
1782 {
1783     thread_t td = curthread;
1784     int lcrit = td->td_critcount;
1785
1786     td->td_critcount = 0;
1787     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1788     /* NOT REACHED */
1789 }
1790
1791 #ifdef SMP
1792
1793 /*
1794  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1795  * process the IPIQ while stopped, even if we were stopped while in a critical
1796  * section (XXX).
1797  *
1798  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1799  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1800  * stopped.
1801  */
1802 void
1803 lwkt_smp_stopped(void)
1804 {
1805     globaldata_t gd = mycpu;
1806
1807     crit_enter_gd(gd);
1808     if (dumping) {
1809         lwkt_process_ipiq();
1810         splz();
1811     } else {
1812         lwkt_process_ipiq();
1813     }
1814     crit_exit_gd(gd);
1815 }
1816
1817 #endif