kernel - Set wmesg when spinning on a token or the mplock
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2010 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",
80          sizeof(int) + sizeof(struct thread *));
81 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, pre, 1, "#cpu[%d].td = %p",
82          sizeof(int) + sizeof(struct thread *));
83 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, newtd, 2, "#threads[%p].name = %s",
84          sizeof (struct thread *) + sizeof(char *));
85 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, deadtd, 3, "#threads[%p].name = <dead>", sizeof (struct thread *));
86
87 static MALLOC_DEFINE(M_THREAD, "thread", "lwkt threads");
88
89 #ifdef  INVARIANTS
90 static int panic_on_cscount = 0;
91 #endif
92 static __int64_t switch_count = 0;
93 static __int64_t preempt_hit = 0;
94 static __int64_t preempt_miss = 0;
95 static __int64_t preempt_weird = 0;
96 static __int64_t token_contention_count __debugvar = 0;
97 static int lwkt_use_spin_port;
98 static struct objcache *thread_cache;
99
100 #ifdef SMP
101 static void lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
102 #endif
103 static void lwkt_fairq_accumulate(globaldata_t gd, thread_t td);
104
105 extern void cpu_heavy_restore(void);
106 extern void cpu_lwkt_restore(void);
107 extern void cpu_kthread_restore(void);
108 extern void cpu_idle_restore(void);
109
110 /*
111  * We can make all thread ports use the spin backend instead of the thread
112  * backend.  This should only be set to debug the spin backend.
113  */
114 TUNABLE_INT("lwkt.use_spin_port", &lwkt_use_spin_port);
115
116 #ifdef  INVARIANTS
117 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0,
118     "Panic if attempting to switch lwkt's while mastering cpusync");
119 #endif
120 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0,
121     "Number of switched threads");
122 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, 
123     "Successful preemption events");
124 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, 
125     "Failed preemption events");
126 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0,
127     "Number of preempted threads.");
128 #ifdef  INVARIANTS
129 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count, CTLFLAG_RW,
130         &token_contention_count, 0, "spinning due to token contention");
131 #endif
132 static int fairq_enable = 1;
133 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW, &fairq_enable, 0,
134     "Turn on fairq priority accumulators");
135 static int user_pri_sched = 0;
136 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, user_pri_sched, CTLFLAG_RW, &user_pri_sched, 0,
137     "");
138 static int preempt_enable = 1;
139 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW, &preempt_enable, 0,
140     "Enable preemption");
141
142
143 /*
144  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
145  * within a critical section.
146  *
147  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
148  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
149  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
150  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
151  */
152 static __inline
153 void
154 _lwkt_dequeue(thread_t td)
155 {
156     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
157         struct globaldata *gd = td->td_gd;
158
159         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
160         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
161         gd->gd_fairq_total_pri -= td->td_pri;
162         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
163                 atomic_clear_int_nonlocked(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
164     }
165 }
166
167 /*
168  * Priority enqueue.
169  *
170  * NOTE: There are a limited number of lwkt threads runnable since user
171  *       processes only schedule one at a time per cpu.
172  */
173 static __inline
174 void
175 _lwkt_enqueue(thread_t td)
176 {
177     thread_t xtd;
178
179     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
180         struct globaldata *gd = td->td_gd;
181
182         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
183         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
184         if (xtd == NULL) {
185                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
186                 atomic_set_int_nonlocked(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
187         } else {
188                 while (xtd && xtd->td_pri > td->td_pri)
189                         xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
190                 if (xtd)
191                         TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
192                 else
193                         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
194         }
195         gd->gd_fairq_total_pri += td->td_pri;
196     }
197 }
198
199 static __boolean_t
200 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
201 {
202         struct thread *td = (struct thread *)obj;
203
204         td->td_kstack = NULL;
205         td->td_kstack_size = 0;
206         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
207         return (1);
208 }
209
210 static void
211 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
212 {
213         struct thread *td = (struct thread *)obj;
214
215         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
216             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
217         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
218                 td->td_kstack_size > 0,
219             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
220         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
221 }
222
223 /*
224  * Initialize the lwkt s/system.
225  */
226 void
227 lwkt_init(void)
228 {
229     /* An objcache has 2 magazines per CPU so divide cache size by 2. */
230     thread_cache = objcache_create_mbacked(M_THREAD, sizeof(struct thread),
231                         NULL, CACHE_NTHREADS/2,
232                         _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
233 }
234
235 /*
236  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
237  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
238  * function.
239  *
240  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
241  */
242 void
243 lwkt_schedule_self(thread_t td)
244 {
245     crit_enter_quick(td);
246     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
247             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
248     KKASSERT(td->td_lwp == NULL || (td->td_lwp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
249     _lwkt_enqueue(td);
250     crit_exit_quick(td);
251 }
252
253 /*
254  * Deschedule a thread.
255  *
256  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
257  */
258 void
259 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
260 {
261     crit_enter_quick(td);
262     _lwkt_dequeue(td);
263     crit_exit_quick(td);
264 }
265
266 /*
267  * LWKTs operate on a per-cpu basis
268  *
269  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
270  */
271 void
272 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
273 {
274     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
275     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
276 }
277
278 /*
279  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
280  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
281  * -1 the thread will be created on the current cpu.
282  *
283  * If you intend to create a thread without a process context this function
284  * does everything except load the startup and switcher function.
285  */
286 thread_t
287 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
288 {
289     globaldata_t gd = mycpu;
290     void *stack;
291
292     /*
293      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
294      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
295      * thread intact through the exit.
296      */
297     if (td == NULL) {
298         crit_enter_gd(gd);
299         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
300             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
301                                       TDF_RUNQ)) == 0);
302             gd->gd_freetd = NULL;
303         } else {
304             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
305             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
306                                       TDF_RUNQ)) == 0);
307         }
308         crit_exit_gd(gd);
309         KASSERT((td->td_flags &
310                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING)) == TDF_ALLOCATED_THREAD,
311                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
312         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
313     }
314
315     /*
316      * Try to reuse cached stack.
317      */
318     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
319         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
320             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
321             stack = NULL;
322         }
323     }
324     if (stack == NULL) {
325         stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize);
326         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
327     }
328     if (cpu < 0)
329         lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, gd);
330     else
331         lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
332     return(td);
333 }
334
335 /*
336  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
337  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
338  *
339  * All threads start out in a critical section at a priority of
340  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
341  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
342  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
343  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
344  * cpu.
345  *
346  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
347  * if SMP has not yet been activated.
348  */
349 #ifdef SMP
350
351 static void
352 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
353 {
354     thread_t td = arg;
355
356     /*
357      * Protected by critical section held by IPI dispatch
358      */
359     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
360 }
361
362 #endif
363
364 /*
365  * lwkt core thread structural initialization.
366  *
367  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
368  */
369 void
370 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
371                 struct globaldata *gd)
372 {
373     globaldata_t mygd = mycpu;
374
375     bzero(td, sizeof(struct thread));
376     td->td_kstack = stack;
377     td->td_kstack_size = stksize;
378     td->td_flags = flags;
379     td->td_gd = gd;
380     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
381     td->td_critcount = 1;
382     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
383     if (lwkt_use_spin_port)
384         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport);
385     else
386         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
387     pmap_init_thread(td);
388 #ifdef SMP
389     /*
390      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
391      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
392      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
393      * of gd_tdallq requires the BGL.
394      */
395     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
396         crit_enter_gd(mygd);
397         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
398         crit_exit_gd(mygd);
399     } else {
400         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
401     }
402 #else
403     crit_enter_gd(mygd);
404     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
405     crit_exit_gd(mygd);
406 #endif
407
408     dsched_new_thread(td);
409 }
410
411 void
412 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
413 {
414     __va_list va;
415
416     __va_start(va, ctl);
417     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
418     __va_end(va);
419     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, &td->td_comm[0]);
420 }
421
422 void
423 lwkt_hold(thread_t td)
424 {
425     ++td->td_refs;
426 }
427
428 void
429 lwkt_rele(thread_t td)
430 {
431     KKASSERT(td->td_refs > 0);
432     --td->td_refs;
433 }
434
435 void
436 lwkt_wait_free(thread_t td)
437 {
438     while (td->td_refs)
439         tsleep(td, 0, "tdreap", hz);
440 }
441
442 void
443 lwkt_free_thread(thread_t td)
444 {
445     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_RUNQ)) == 0);
446     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
447         objcache_put(thread_cache, td);
448     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
449         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
450         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
451             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
452         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
453         td->td_kstack = NULL;
454         td->td_kstack_size = 0;
455     }
456     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
457 }
458
459
460 /*
461  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
462  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
463  * section to avoid races with the scheduling queue.
464  *
465  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
466  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
467  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
468  * the result is very, very fast thread switching.
469  *
470  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
471  * each priority level.  User process scheduling is a totally
472  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
473  * user process priorities.
474  *
475  * The MP lock may be out of sync with the thread's td_mpcount + td_xpcount.
476  * lwkt_switch() cleans it up.
477  *
478  * Note that the td_switch() function cannot do anything that requires
479  * the MP lock since the MP lock will have already been setup for
480  * the target thread (not the current thread).  It's nice to have a scheduler
481  * that does not need the MP lock to work because it allows us to do some
482  * really cool high-performance MP lock optimizations.
483  *
484  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
485  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
486  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
487  */
488 void
489 lwkt_switch(void)
490 {
491     globaldata_t gd = mycpu;
492     thread_t td = gd->gd_curthread;
493     thread_t ntd;
494     thread_t xtd;
495     thread_t nlast;
496     int nquserok;
497 #ifdef SMP
498     int mpheld;
499 #endif
500     int didaccumulate;
501     const char *lmsg;   /* diagnostic - 'systat -pv 1' */
502     const void *laddr;
503
504     /*
505      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
506      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
507      * kernel trap or we have paniced.
508      *
509      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
510      */
511     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
512         int savegdnest;
513         int savegdtrap;
514
515         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
516             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
517                   "a fast interrupt, ipi, or hard code section, "
518                   "td %p\n",
519                   td);
520         } else {
521             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
522             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
523             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
524             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
525             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
526                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
527                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
528                         "or hard code section.\n"
529                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
530                 print_backtrace(-1);
531             }
532             lwkt_switch();
533             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
534             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
535             return;
536         }
537     }
538
539     /*
540      * Passive release (used to transition from user to kernel mode
541      * when we block or switch rather then when we enter the kernel).
542      * This function is NOT called if we are switching into a preemption
543      * or returning from a preemption.  Typically this causes us to lose
544      * our current process designation (if we have one) and become a true
545      * LWKT thread, and may also hand the current process designation to
546      * another process and schedule thread.
547      */
548     if (td->td_release)
549             td->td_release(td);
550
551     crit_enter_gd(gd);
552     if (TD_TOKS_HELD(td))
553             lwkt_relalltokens(td);
554
555     /*
556      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
557      * endless panic loop.
558      */
559     KASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0 || panicstr != NULL, 
560             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
561              gd->gd_spinlocks_wr));
562
563
564 #ifdef SMP
565     /*
566      * td_mpcount + td_xpcount cannot be used to determine if we currently
567      * hold the MP lock because get_mplock() will increment it prior to
568      * attempting to get the lock, and switch out if it can't.  Our
569      * ownership of the actual lock will remain stable while we are
570      * in a critical section, and once we actually acquire the underlying
571      * lock as long as the count is greater than 0.
572      */
573     mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
574 #ifdef  INVARIANTS
575     if (td->td_cscount) {
576         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
577                 td);
578         if (panic_on_cscount)
579             panic("switching while mastering cpusync");
580     }
581 #endif
582 #endif
583
584     /*
585      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
586      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
587      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
588      * itself).
589      *
590      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
591      * out the adjustment that was made to curthread when the original
592      * was preempted.
593      */
594     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
595         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
596 #ifdef SMP
597         if (ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount && mpheld == 0) {
598             panic("MPLOCK NOT HELD ON RETURN: %p %p %d %d",
599                td, ntd, td->td_mpcount, ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount);
600         }
601         td->td_xpcount = 0;
602 #endif
603         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
604
605         /*
606          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
607          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
608          * at a lower priority.
609          */
610         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) &&
611             TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq)->td_pri > ntd->td_pri) {
612             need_lwkt_resched();
613         }
614         /* YYY release mp lock on switchback if original doesn't need it */
615         goto havethread_preempted;
616     }
617
618     /*
619      * Implement round-robin fairq with priority insertion.  The priority
620      * insertion is handled by _lwkt_enqueue()
621      *
622      * We have to adjust the MP lock for the target thread.  If we
623      * need the MP lock and cannot obtain it we try to locate a
624      * thread that does not need the MP lock.  If we cannot, we spin
625      * instead of HLT.
626      *
627      * A similar issue exists for the tokens held by the target thread.
628      * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
629      * schedule the thread.
630      */
631     for (;;) {
632         clear_lwkt_resched();
633         didaccumulate = 0;
634         ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
635
636         /*
637          * Hotpath if we can get all necessary resources.
638          *
639          * If nothing is runnable switch to the idle thread
640          */
641         if (ntd == NULL) {
642             ntd = &gd->gd_idlethread;
643             if (gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK)
644                     ntd->td_flags |= TDF_IDLE_NOHLT;
645 #ifdef SMP
646             KKASSERT(ntd->td_xpcount == 0);
647             if (ntd->td_mpcount) {
648                 if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
649                     panic("Idle thread %p was holding the BGL!", ntd);
650                 if (mpheld == 0) {
651                     set_cpu_contention_mask(gd);
652                     handle_cpu_contention_mask();
653                     cpu_try_mplock();
654                     mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
655                     cpu_pause();
656                     continue;
657                 }
658             }
659             clr_cpu_contention_mask(gd);
660 #endif
661             cpu_time.cp_msg[0] = 0;
662             cpu_time.cp_stallpc = 0;
663             goto haveidle;
664         }
665
666         /*
667          * Hotpath schedule
668          *
669          * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
670          *           always succeeds.
671          */
672         if (ntd->td_fairq_accum >= 0 &&
673 #ifdef SMP
674             (ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount == 0 ||
675              mpheld || cpu_try_mplock()) &&
676 #endif
677             (!TD_TOKS_HELD(ntd) || lwkt_getalltokens(ntd, &lmsg, &laddr))
678         ) {
679 #ifdef SMP
680             clr_cpu_contention_mask(gd);
681 #endif
682             goto havethread;
683         }
684
685         lmsg = NULL;
686         laddr = NULL;
687
688 #ifdef SMP
689         if (ntd->td_fairq_accum >= 0)
690                 set_cpu_contention_mask(gd);
691         /* Reload mpheld (it become stale after mplock/token ops) */
692         mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
693         if (ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount && mpheld == 0) {
694             lmsg = "mplock";
695             laddr = ntd->td_mplock_stallpc;
696         }
697 #endif
698
699         /*
700          * Coldpath - unable to schedule ntd, continue looking for threads
701          * to schedule.  This is only allowed of the (presumably) kernel
702          * thread exhausted its fair share.  A kernel thread stuck on
703          * resources does not currently allow a user thread to get in
704          * front of it.
705          */
706 #ifdef SMP
707         nquserok = ((ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED) ||
708                     (ntd->td_fairq_accum < 0));
709 #else
710         nquserok = 1;
711 #endif
712         nlast = NULL;
713
714         for (;;) {
715             /*
716              * If the fair-share scheduler ran out ntd gets moved to the
717              * end and its accumulator will be bumped, if it didn't we
718              * maintain the same queue position.
719              *
720              * nlast keeps track of the last element prior to any moves.
721              */
722             if (ntd->td_fairq_accum < 0) {
723                 lwkt_fairq_accumulate(gd, ntd);
724                 didaccumulate = 1;
725
726                 /*
727                  * Move to end
728                  */
729                 xtd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq);
730                 TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
731                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
732
733                 /*
734                  * Set terminal element (nlast)
735                  */
736                 if (nlast == NULL) {
737                     nlast = ntd;
738                     if (xtd == NULL)
739                         xtd = ntd;
740                 }
741                 ntd = xtd;
742             } else {
743                 ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq);
744             }
745
746             /*
747              * If we exhausted the run list switch to the idle thread.
748              * Since one or more threads had resource acquisition issues
749              * we do not allow the idle thread to halt.
750              *
751              * NOTE: nlast can be NULL.
752              */
753             if (ntd == nlast) {
754                 cpu_pause();
755                 ntd = &gd->gd_idlethread;
756                 ntd->td_flags |= TDF_IDLE_NOHLT;
757 #ifdef SMP
758                 KKASSERT(ntd->td_xpcount == 0);
759                 if (ntd->td_mpcount) {
760                     mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
761                     if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
762                         panic("Idle thread %p was holding the BGL!", ntd);
763                     if (mpheld == 0) {
764                         set_cpu_contention_mask(gd);
765                         handle_cpu_contention_mask();
766                         cpu_try_mplock();
767                         mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
768                         cpu_pause();
769                         break;          /* try again from the top, almost */
770                     }
771                 }
772 #endif
773
774                 /*
775                  * If fairq accumulations occured we do not schedule the
776                  * idle thread.  This will cause us to try again from
777                  * the (almost) top.
778                  */
779                 if (didaccumulate)
780                         break;          /* try again from the top, almost */
781                 if (lmsg)
782                     strlcpy(cpu_time.cp_msg, lmsg, sizeof(cpu_time.cp_msg));
783                 cpu_time.cp_stallpc = (uintptr_t)laddr;
784                 goto haveidle;
785             }
786
787             /*
788              * Try to switch to this thread.
789              *
790              * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
791              *       always succeeds.
792              */
793             if ((ntd->td_pri >= TDPRI_KERN_LPSCHED || nquserok ||
794                 user_pri_sched) && ntd->td_fairq_accum >= 0 &&
795 #ifdef SMP
796                 (ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount == 0 ||
797                  mpheld || cpu_try_mplock()) &&
798 #endif
799                 (!TD_TOKS_HELD(ntd) || lwkt_getalltokens(ntd, &lmsg, &laddr))
800             ) {
801 #ifdef SMP
802                     clr_cpu_contention_mask(gd);
803 #endif
804                     goto havethread;
805             }
806
807             /*
808              * Thread was runnable but we were unable to get the required
809              * resources (tokens and/or mplock).
810              */
811 #ifdef SMP
812             ntd->td_wmesg = lmsg;
813             if (ntd->td_fairq_accum >= 0)
814                     set_cpu_contention_mask(gd);
815             /*
816              * Reload mpheld (it become stale after mplock/token ops).
817              */
818             mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
819             if (ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount && mpheld == 0) {
820                 lmsg = "mplock";
821                 laddr = ntd->td_mplock_stallpc;
822             }
823             if (ntd->td_pri >= TDPRI_KERN_LPSCHED && ntd->td_fairq_accum >= 0)
824                 nquserok = 0;
825 #endif
826         }
827
828         /*
829          * All threads exhausted but we can loop due to a negative
830          * accumulator.
831          *
832          * While we are looping in the scheduler be sure to service
833          * any interrupts which were made pending due to our critical
834          * section, otherwise we could livelock (e.g.) IPIs.
835          *
836          * NOTE: splz can enter and exit the mplock so mpheld is
837          * stale after this call.
838          */
839         splz_check();
840
841 #ifdef SMP
842         /*
843          * Our mplock can be cached and cause other cpus to livelock
844          * if we loop due to e.g. not being able to acquire tokens.
845          */
846         if (MP_LOCK_HELD(gd))
847             cpu_rel_mplock(gd->gd_cpuid);
848         mpheld = 0;
849 #endif
850     }
851
852     /*
853      * Do the actual switch.  WARNING: mpheld is stale here.
854      *
855      * We must always decrement td_fairq_accum on non-idle threads just
856      * in case a thread never gets a tick due to being in a continuous
857      * critical section.  The page-zeroing code does that.
858      *
859      * If the thread we came up with is a higher or equal priority verses
860      * the thread at the head of the queue we move our thread to the
861      * front.  This way we can always check the front of the queue.
862      */
863 havethread:
864     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
865     --ntd->td_fairq_accum;
866     ntd->td_wmesg = NULL;
867     xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
868     if (ntd != xtd && ntd->td_pri >= xtd->td_pri) {
869         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
870         TAILQ_INSERT_HEAD(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
871     }
872 havethread_preempted:
873     ;
874     /*
875      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
876      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
877      * already acquired it for the target.
878      *
879      * WARNING: mpheld is stale here.
880      */
881 haveidle:
882     KASSERT(ntd->td_critcount,
883             ("priority problem in lwkt_switch %d %d", td->td_pri, ntd->td_pri));
884 #ifdef SMP
885     if (ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount == 0 ) {
886         if (MP_LOCK_HELD(gd))
887             cpu_rel_mplock(gd->gd_cpuid);
888     } else {
889         ASSERT_MP_LOCK_HELD(ntd);
890     }
891 #endif
892     if (td != ntd) {
893         ++switch_count;
894         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
895         td->td_switch(ntd);
896     }
897     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
898     crit_exit_quick(td);
899 }
900
901 /*
902  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
903  * only works under a specific set of conditions:
904  *
905  *      - We are not preempting ourselves
906  *      - The target thread is owned by the current cpu
907  *      - We are not currently being preempted
908  *      - The target is not currently being preempted
909  *      - We are not holding any spin locks
910  *      - The target thread is not holding any tokens
911  *      - We are able to satisfy the target's MP lock requirements (if any).
912  *
913  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
914  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
915  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
916  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
917  * priority of lwkt_schedule() itself).
918  *
919  * XXX at the moment we run the target thread in a critical section during
920  * the preemption in order to prevent the target from taking interrupts
921  * that *WE* can't.  Preemption is strictly limited to interrupt threads
922  * and interrupt-like threads, outside of a critical section, and the
923  * preempted source thread will be resumed the instant the target blocks
924  * whether or not the source is scheduled (i.e. preemption is supposed to
925  * be as transparent as possible).
926  *
927  * The target thread inherits our MP count (added to its own) for the
928  * duration of the preemption in order to preserve the atomicy of the
929  * MP lock during the preemption.  Therefore, any preempting targets must be
930  * careful in regards to MP assertions.  Note that the MP count may be
931  * out of sync with the physical mp_lock, but we do not have to preserve
932  * the original ownership of the lock if it was out of synch (that is, we
933  * can leave it synchronized on return).
934  */
935 void
936 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
937 {
938     struct globaldata *gd = mycpu;
939     thread_t td;
940 #ifdef SMP
941     int mpheld;
942     int savecnt;
943 #endif
944     int save_gd_intr_nesting_level;
945
946     /*
947      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
948      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
949      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
950      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
951      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
952      *
953      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
954      * inherit our critical section?  I dunno yet).
955      *
956      * Set need_lwkt_resched() unconditionally for now YYY.
957      */
958     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
959
960     if (preempt_enable == 0) {
961         ++preempt_miss;
962         return;
963     }
964
965     td = gd->gd_curthread;
966     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
967         ++preempt_miss;
968         return;
969     }
970     if (td->td_critcount > critcount) {
971         ++preempt_miss;
972         need_lwkt_resched();
973         return;
974     }
975 #ifdef SMP
976     if (ntd->td_gd != gd) {
977         ++preempt_miss;
978         need_lwkt_resched();
979         return;
980     }
981 #endif
982     /*
983      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
984      * td_critcount.
985      *
986      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
987      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
988      * is no need to support it.
989      */
990     KKASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0);
991
992     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
993         ++preempt_miss;
994         need_lwkt_resched();
995         return;
996     }
997     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
998         ++preempt_weird;
999         need_lwkt_resched();
1000         return;
1001     }
1002     if (ntd->td_preempted) {
1003         ++preempt_hit;
1004         need_lwkt_resched();
1005         return;
1006     }
1007 #ifdef SMP
1008     /*
1009      * NOTE: An interrupt might have occured just as we were transitioning
1010      * to or from the MP lock.  In this case td_mpcount will be pre-disposed
1011      * (non-zero) but not actually synchronized with the mp_lock itself.
1012      * We can use it to imply an MP lock requirement for the preemption but
1013      * we cannot use it to test whether we hold the MP lock or not.
1014      */
1015     savecnt = td->td_mpcount;
1016     mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
1017     ntd->td_xpcount = td->td_mpcount + td->td_xpcount;
1018     if (mpheld == 0 && ntd->td_mpcount + ntd->td_xpcount && !cpu_try_mplock()) {
1019         ntd->td_xpcount = 0;
1020         ++preempt_miss;
1021         need_lwkt_resched();
1022         return;
1023     }
1024 #endif
1025
1026     /*
1027      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
1028      * call need_lwkt_resched().
1029      *
1030      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
1031      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
1032      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
1033      */
1034     ++preempt_hit;
1035     ntd->td_preempted = td;
1036     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1037     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1038     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1039     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1040     td->td_switch(ntd);
1041     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1042
1043     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1044 #ifdef SMP
1045     KKASSERT(savecnt == td->td_mpcount);
1046     mpheld = MP_LOCK_HELD(gd);
1047     if (mpheld && td->td_mpcount == 0)
1048         cpu_rel_mplock(gd->gd_cpuid);
1049     else if (mpheld == 0 && td->td_mpcount + td->td_xpcount)
1050         panic("lwkt_preempt(): MP lock was not held through");
1051 #endif
1052     ntd->td_preempted = NULL;
1053     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1054 }
1055
1056 /*
1057  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1058  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1059  * section.
1060  *
1061  * (self contained on a per cpu basis)
1062  */
1063 void
1064 splz_check(void)
1065 {
1066     globaldata_t gd = mycpu;
1067     thread_t td = gd->gd_curthread;
1068
1069     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1070         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1071         td->td_nest_count < 2)
1072     {
1073         splz();
1074     }
1075 }
1076
1077 /*
1078  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1079  * been tested but td_critcount has not.
1080  *
1081  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1082  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1083  */
1084 void
1085 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1086 {
1087     globaldata_t gd = td->td_gd;
1088
1089     if (td->td_critcount == 0 &&
1090         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1091         td->td_nest_count < 2)
1092     {
1093         splz();
1094     }
1095 }
1096
1097 /*
1098  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1099  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1100  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1101  * (curthread) continues running in the released state.
1102  */
1103 void
1104 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1105 {
1106     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1107
1108     td->td_release = NULL;
1109     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1110     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1111 }
1112
1113
1114 /*
1115  * This implements a normal yield.  This routine is virtually a nop if
1116  * there is nothing to yield to but it will always run any pending interrupts
1117  * if called from a critical section.
1118  *
1119  * This yield is designed for kernel threads without a user context.
1120  *
1121  * (self contained on a per cpu basis)
1122  */
1123 void
1124 lwkt_yield(void)
1125 {
1126     globaldata_t gd = mycpu;
1127     thread_t td = gd->gd_curthread;
1128     thread_t xtd;
1129
1130     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1131         splz();
1132     if (td->td_fairq_accum < 0) {
1133         lwkt_schedule_self(curthread);
1134         lwkt_switch();
1135     } else {
1136         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
1137         if (xtd && xtd->td_pri > td->td_pri) {
1138             lwkt_schedule_self(curthread);
1139             lwkt_switch();
1140         }
1141     }
1142 }
1143
1144 /*
1145  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1146  *
1147  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1148  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1149  * switch to other processes by releasing.
1150  *
1151  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1152  * if no yield is determined to be needed.
1153  */
1154 void
1155 lwkt_user_yield(void)
1156 {
1157     globaldata_t gd = mycpu;
1158     thread_t td = gd->gd_curthread;
1159
1160     /*
1161      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1162      * section.
1163      */
1164     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1165         splz();
1166
1167 #ifdef SMP
1168     /*
1169      * XXX SEVERE TEMPORARY HACK.  A cpu-bound operation running in the
1170      * kernel can prevent other cpus from servicing interrupt threads
1171      * which still require the MP lock (which is a lot of them).  This
1172      * has a chaining effect since if the interrupt is blocked, so is
1173      * the event, so normal scheduling will not pick up on the problem.
1174      */
1175     if (cpu_contention_mask && td->td_mpcount + td->td_xpcount) {
1176         yield_mplock(td);
1177     }
1178 #endif
1179
1180     /*
1181      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1182      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1183      * quantum has run out.
1184      */
1185     if (lwkt_resched_wanted() ||
1186         user_resched_wanted() ||
1187         td->td_fairq_accum < 0)
1188     {
1189         lwkt_switch();
1190     }
1191
1192 #if 0
1193     /*
1194      * Reacquire the current process if we are released.
1195      *
1196      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1197      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1198      */
1199     if (td->td_release == NULL && lp) {
1200         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1201         td->td_release = lwkt_passive_release;
1202         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1203     }
1204 #endif
1205 }
1206
1207 /*
1208  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1209  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1210  *
1211  * We have a little helper inline function which does additional work after
1212  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1213  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1214  * to userland until it has processed higher priority threads).
1215  *
1216  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1217  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1218  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1219  *
1220  * reschedok is an optimized constant propagated from lwkt_schedule() or
1221  * lwkt_schedule_noresched().  By default it is non-zero, causing a
1222  * reschedule to be requested if the target thread has a higher priority.
1223  * The port messaging code will set MSG_NORESCHED and cause reschedok to
1224  * be 0, prevented undesired reschedules.
1225  */
1226 static __inline
1227 void
1228 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount, int reschedok)
1229 {
1230     thread_t otd;
1231
1232     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1233         if (ntd->td_preemptable && reschedok) {
1234             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1235         } else if (reschedok) {
1236             otd = curthread;
1237             if (ntd->td_pri > otd->td_pri)
1238                 need_lwkt_resched();
1239         }
1240
1241         /*
1242          * Give the thread a little fair share scheduler bump if it
1243          * has been asleep for a while.  This is primarily to avoid
1244          * a degenerate case for interrupt threads where accumulator
1245          * crosses into negative territory unnecessarily.
1246          */
1247         if (ntd->td_fairq_lticks != ticks) {
1248             ntd->td_fairq_lticks = ticks;
1249             ntd->td_fairq_accum += gd->gd_fairq_total_pri;
1250             if (ntd->td_fairq_accum > TDFAIRQ_MAX(gd))
1251                     ntd->td_fairq_accum = TDFAIRQ_MAX(gd);
1252         }
1253     }
1254 }
1255
1256 static __inline
1257 void
1258 _lwkt_schedule(thread_t td, int reschedok)
1259 {
1260     globaldata_t mygd = mycpu;
1261
1262     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1263             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1264     crit_enter_gd(mygd);
1265     KKASSERT(td->td_lwp == NULL || (td->td_lwp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1266     if (td == mygd->gd_curthread) {
1267         _lwkt_enqueue(td);
1268     } else {
1269         /*
1270          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1271          * critical section).  If we do not own the thread there might
1272          * be a race but the target cpu will deal with it.
1273          */
1274 #ifdef SMP
1275         if (td->td_gd == mygd) {
1276             _lwkt_enqueue(td);
1277             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1, reschedok);
1278         } else {
1279             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1280         }
1281 #else
1282         _lwkt_enqueue(td);
1283         _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1, reschedok);
1284 #endif
1285     }
1286     crit_exit_gd(mygd);
1287 }
1288
1289 void
1290 lwkt_schedule(thread_t td)
1291 {
1292     _lwkt_schedule(td, 1);
1293 }
1294
1295 void
1296 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)
1297 {
1298     _lwkt_schedule(td, 0);
1299 }
1300
1301 #ifdef SMP
1302
1303 /*
1304  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1305  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1306  *
1307  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1308  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1309  */
1310 static void
1311 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1312 {
1313     thread_t td = curthread;
1314     thread_t ntd = arg;
1315
1316     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1317         crit_exit_noyield(td);
1318         _lwkt_schedule(ntd, 1);
1319         crit_enter_quick(td);
1320     } else {
1321         _lwkt_schedule(ntd, 1);
1322     }
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1327  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1328  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1329  *
1330  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1331  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1332  *
1333  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1334  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1335  *
1336  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1337  */
1338 void
1339 lwkt_giveaway(thread_t td)
1340 {
1341     globaldata_t gd = mycpu;
1342
1343     crit_enter_gd(gd);
1344     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1345         tsleep_remove(td);
1346     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1347     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1348     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1349     crit_exit_gd(gd);
1350 }
1351
1352 void
1353 lwkt_acquire(thread_t td)
1354 {
1355     globaldata_t gd;
1356     globaldata_t mygd;
1357
1358     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1359     gd = td->td_gd;
1360     mygd = mycpu;
1361     if (gd != mycpu) {
1362         cpu_lfence();
1363         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1364         crit_enter_gd(mygd);
1365         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1366 #ifdef SMP
1367             lwkt_process_ipiq();
1368 #endif
1369             cpu_lfence();
1370         }
1371         cpu_mfence();
1372         td->td_gd = mygd;
1373         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1374         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1375         crit_exit_gd(mygd);
1376     } else {
1377         crit_enter_gd(mygd);
1378         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1379         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1380         crit_exit_gd(mygd);
1381     }
1382 }
1383
1384 #endif
1385
1386 /*
1387  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1388  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1389  * asynchronous.  
1390  *
1391  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1392  */
1393 void
1394 lwkt_deschedule(thread_t td)
1395 {
1396     crit_enter();
1397 #ifdef SMP
1398     if (td == curthread) {
1399         _lwkt_dequeue(td);
1400     } else {
1401         if (td->td_gd == mycpu) {
1402             _lwkt_dequeue(td);
1403         } else {
1404             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1405         }
1406     }
1407 #else
1408     _lwkt_dequeue(td);
1409 #endif
1410     crit_exit();
1411 }
1412
1413 /*
1414  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1415  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1416  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1417  */
1418 void
1419 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1420 {
1421     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1422     if (td->td_pri != pri) {
1423         KKASSERT(pri >= 0);
1424         crit_enter();
1425         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1426             _lwkt_dequeue(td);
1427             td->td_pri = pri;
1428             _lwkt_enqueue(td);
1429         } else {
1430             td->td_pri = pri;
1431         }
1432         crit_exit();
1433     }
1434 }
1435
1436 /*
1437  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1438  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1439  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1440  * cpu.
1441  *
1442  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1443  * and before the thread is initially scheduled.
1444  */
1445 void
1446 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1447 {
1448     KKASSERT(pri >= 0);
1449     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1450     td->td_pri = pri;
1451 }
1452
1453 void
1454 lwkt_setpri_self(int pri)
1455 {
1456     thread_t td = curthread;
1457
1458     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1459     crit_enter();
1460     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1461         _lwkt_dequeue(td);
1462         td->td_pri = pri;
1463         _lwkt_enqueue(td);
1464     } else {
1465         td->td_pri = pri;
1466     }
1467     crit_exit();
1468 }
1469
1470 /*
1471  * 1/hz tick (typically 10ms) x TDFAIRQ_SCALE (typ 8) = 80ms full cycle.
1472  *
1473  * Example: two competing threads, same priority N.  decrement by (2*N)
1474  * increment by N*8, each thread will get 4 ticks.
1475  */
1476 void
1477 lwkt_fairq_schedulerclock(thread_t td)
1478 {
1479     if (fairq_enable) {
1480         while (td) {
1481             if (td != &td->td_gd->gd_idlethread) {
1482                 td->td_fairq_accum -= td->td_gd->gd_fairq_total_pri;
1483                 if (td->td_fairq_accum < -TDFAIRQ_MAX(td->td_gd))
1484                         td->td_fairq_accum = -TDFAIRQ_MAX(td->td_gd);
1485                 if (td->td_fairq_accum < 0)
1486                         need_lwkt_resched();
1487                 td->td_fairq_lticks = ticks;
1488             }
1489             td = td->td_preempted;
1490         }
1491     }
1492 }
1493
1494 static void
1495 lwkt_fairq_accumulate(globaldata_t gd, thread_t td)
1496 {
1497         td->td_fairq_accum += td->td_pri * TDFAIRQ_SCALE;
1498         if (td->td_fairq_accum > TDFAIRQ_MAX(td->td_gd))
1499                 td->td_fairq_accum = TDFAIRQ_MAX(td->td_gd);
1500 }
1501
1502 /*
1503  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1504  *
1505  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu,
1506  * moving our thread to the tdallq of the target cpu, IPI messaging the
1507  * target cpu, and switching out.  TDF_MIGRATING prevents scheduling
1508  * races while the thread is being migrated.
1509  *
1510  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1511  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1512  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1513  */
1514 #ifdef SMP
1515 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
1516 #endif
1517
1518 void
1519 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1520 {
1521 #ifdef SMP
1522     thread_t td = curthread;
1523
1524     if (td->td_gd != rgd) {
1525         crit_enter_quick(td);
1526         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1527             tsleep_remove(td);
1528         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1529         lwkt_deschedule_self(td);
1530         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1531         lwkt_send_ipiq(rgd, (ipifunc1_t)lwkt_setcpu_remote, td);
1532         lwkt_switch();
1533         /* we are now on the target cpu */
1534         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1535         crit_exit_quick(td);
1536     }
1537 #endif
1538 }
1539
1540 void
1541 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1542 {
1543 #ifdef SMP
1544         globaldata_t rgd;
1545
1546         rgd = globaldata_find(cpuid);
1547         lwkt_setcpu_self(rgd);
1548 #endif
1549 }
1550
1551 /*
1552  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1553  * do not have to enter another one).  The thread has already been moved to
1554  * our cpu's allq, but we must wait for the thread to be completely switched
1555  * out on the originating cpu before we schedule it on ours or the stack
1556  * state may be corrupt.  We clear TDF_MIGRATING after flushing the GD
1557  * change to main memory.
1558  *
1559  * XXX The use of TDF_MIGRATING might not be sufficient to avoid races
1560  * against wakeups.  It is best if this interface is used only when there
1561  * are no pending events that might try to schedule the thread.
1562  */
1563 #ifdef SMP
1564 static void
1565 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1566 {
1567     thread_t td = arg;
1568     globaldata_t gd = mycpu;
1569
1570     while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1571 #ifdef SMP
1572         lwkt_process_ipiq();
1573 #endif
1574         cpu_lfence();
1575         cpu_pause();
1576     }
1577     td->td_gd = gd;
1578     cpu_mfence();
1579     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1580     KKASSERT(td->td_lwp == NULL || (td->td_lwp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1581     _lwkt_enqueue(td);
1582 }
1583 #endif
1584
1585 struct lwp *
1586 lwkt_preempted_proc(void)
1587 {
1588     thread_t td = curthread;
1589     while (td->td_preempted)
1590         td = td->td_preempted;
1591     return(td->td_lwp);
1592 }
1593
1594 /*
1595  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1596  * with proc0 - ie: kernel only.
1597  *
1598  * NOTE!  By default new threads are created with the MP lock held.  A 
1599  * thread which does not require the MP lock should release it by calling
1600  * rel_mplock() at the start of the new thread.
1601  */
1602 int
1603 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1604             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1605 {
1606     thread_t td;
1607     __va_list ap;
1608
1609     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1610                            tdflags);
1611     if (tdp)
1612         *tdp = td;
1613     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1614
1615     /*
1616      * Set up arg0 for 'ps' etc
1617      */
1618     __va_start(ap, fmt);
1619     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1620     __va_end(ap);
1621
1622     /*
1623      * Schedule the thread to run
1624      */
1625     if ((td->td_flags & TDF_STOPREQ) == 0)
1626         lwkt_schedule(td);
1627     else
1628         td->td_flags &= ~TDF_STOPREQ;
1629     return 0;
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1634  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1635  * uses a different reaping mechanism.
1636  */
1637 void
1638 lwkt_exit(void)
1639 {
1640     thread_t td = curthread;
1641     thread_t std;
1642     globaldata_t gd;
1643
1644     /*
1645      * Do any cleanup that might block here
1646      */
1647     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1648         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1649     caps_exit(td);
1650     biosched_done(td);
1651     dsched_exit_thread(td);
1652
1653     /*
1654      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1655      * until we can get it freed.
1656      *
1657      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1658      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1659      */
1660     gd = mycpu;
1661     crit_enter_quick(td);
1662     while ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1663         KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1664         gd->gd_freetd = NULL;
1665         objcache_put(thread_cache, std);
1666     }
1667
1668     /*
1669      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1670      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1671      * up with a stale td on the tsleepq.
1672      */
1673     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1674         tsleep_remove(td);
1675     lwkt_deschedule_self(td);
1676     lwkt_remove_tdallq(td);
1677
1678     /*
1679      * Final cleanup
1680      */
1681     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1682     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1683         gd->gd_freetd = td;
1684     cpu_thread_exit();
1685 }
1686
1687 void
1688 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1689 {
1690     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1691     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1692 }
1693
1694 /*
1695  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1696  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1697  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1698  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1699  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1700  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1701  * procedure instead of duplicating it.
1702  *
1703  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1704  * smaller code size.
1705  */
1706 void
1707 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1708 {
1709     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1710 }
1711
1712 void
1713 crit_panic(void)
1714 {
1715     thread_t td = curthread;
1716     int lcrit = td->td_critcount;
1717
1718     td->td_critcount = 0;
1719     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1720     /* NOT REACHED */
1721 }
1722
1723 #ifdef SMP
1724
1725 /*
1726  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1727  * process the IPIQ while stopped, even if we were stopped while in a critical
1728  * section (XXX).
1729  *
1730  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1731  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1732  * stopped.
1733  */
1734 void
1735 lwkt_smp_stopped(void)
1736 {
1737     globaldata_t gd = mycpu;
1738
1739     crit_enter_gd(gd);
1740     if (dumping) {
1741         lwkt_process_ipiq();
1742         splz();
1743     } else {
1744         lwkt_process_ipiq();
1745     }
1746     crit_exit_gd(gd);
1747 }
1748
1749 #endif