Merge branch 'vendor/LDNS'
[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",
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[TDPRI_MAX+1] __debugvar;
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 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
103 #endif
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_00, CTLFLAG_RW,
130         &token_contention_count[0], 0, "spinning due to token contention");
131 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_01, CTLFLAG_RW,
132         &token_contention_count[1], 0, "spinning due to token contention");
133 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_02, CTLFLAG_RW,
134         &token_contention_count[2], 0, "spinning due to token contention");
135 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_03, CTLFLAG_RW,
136         &token_contention_count[3], 0, "spinning due to token contention");
137 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_04, CTLFLAG_RW,
138         &token_contention_count[4], 0, "spinning due to token contention");
139 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_05, CTLFLAG_RW,
140         &token_contention_count[5], 0, "spinning due to token contention");
141 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_06, CTLFLAG_RW,
142         &token_contention_count[6], 0, "spinning due to token contention");
143 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_07, CTLFLAG_RW,
144         &token_contention_count[7], 0, "spinning due to token contention");
145 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_08, CTLFLAG_RW,
146         &token_contention_count[8], 0, "spinning due to token contention");
147 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_09, CTLFLAG_RW,
148         &token_contention_count[9], 0, "spinning due to token contention");
149 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_10, CTLFLAG_RW,
150         &token_contention_count[10], 0, "spinning due to token contention");
151 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_11, CTLFLAG_RW,
152         &token_contention_count[11], 0, "spinning due to token contention");
153 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_12, CTLFLAG_RW,
154         &token_contention_count[12], 0, "spinning due to token contention");
155 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_13, CTLFLAG_RW,
156         &token_contention_count[13], 0, "spinning due to token contention");
157 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_14, CTLFLAG_RW,
158         &token_contention_count[14], 0, "spinning due to token contention");
159 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_15, CTLFLAG_RW,
160         &token_contention_count[15], 0, "spinning due to token contention");
161 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_16, CTLFLAG_RW,
162         &token_contention_count[16], 0, "spinning due to token contention");
163 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_17, CTLFLAG_RW,
164         &token_contention_count[17], 0, "spinning due to token contention");
165 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_18, CTLFLAG_RW,
166         &token_contention_count[18], 0, "spinning due to token contention");
167 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_19, CTLFLAG_RW,
168         &token_contention_count[19], 0, "spinning due to token contention");
169 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_20, CTLFLAG_RW,
170         &token_contention_count[20], 0, "spinning due to token contention");
171 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_21, CTLFLAG_RW,
172         &token_contention_count[21], 0, "spinning due to token contention");
173 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_22, CTLFLAG_RW,
174         &token_contention_count[22], 0, "spinning due to token contention");
175 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_23, CTLFLAG_RW,
176         &token_contention_count[23], 0, "spinning due to token contention");
177 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_24, CTLFLAG_RW,
178         &token_contention_count[24], 0, "spinning due to token contention");
179 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_25, CTLFLAG_RW,
180         &token_contention_count[25], 0, "spinning due to token contention");
181 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_26, CTLFLAG_RW,
182         &token_contention_count[26], 0, "spinning due to token contention");
183 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_27, CTLFLAG_RW,
184         &token_contention_count[27], 0, "spinning due to token contention");
185 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_28, CTLFLAG_RW,
186         &token_contention_count[28], 0, "spinning due to token contention");
187 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_29, CTLFLAG_RW,
188         &token_contention_count[29], 0, "spinning due to token contention");
189 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_30, CTLFLAG_RW,
190         &token_contention_count[30], 0, "spinning due to token contention");
191 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count_31, CTLFLAG_RW,
192         &token_contention_count[31], 0, "spinning due to token contention");
193 #endif
194 static int fairq_enable = 0;
195 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW,
196         &fairq_enable, 0, "Turn on fairq priority accumulators");
197 static int fairq_bypass = -1;
198 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_bypass, CTLFLAG_RW,
199         &fairq_bypass, 0, "Allow fairq to bypass td on token failure");
200 extern int lwkt_sched_debug;
201 int lwkt_sched_debug = 0;
202 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, sched_debug, CTLFLAG_RW,
203         &lwkt_sched_debug, 0, "Scheduler debug");
204 static int lwkt_spin_loops = 10;
205 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_loops, CTLFLAG_RW,
206         &lwkt_spin_loops, 0, "Scheduler spin loops until sorted decon");
207 static int lwkt_spin_reseq = 0;
208 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_reseq, CTLFLAG_RW,
209         &lwkt_spin_reseq, 0, "Scheduler resequencer enable");
210 static int lwkt_spin_monitor = 0;
211 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_monitor, CTLFLAG_RW,
212         &lwkt_spin_monitor, 0, "Scheduler uses monitor/mwait");
213 static int lwkt_spin_fatal = 0; /* disabled */
214 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_fatal, CTLFLAG_RW,
215         &lwkt_spin_fatal, 0, "LWKT scheduler spin loops till fatal panic");
216 static int preempt_enable = 1;
217 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW,
218         &preempt_enable, 0, "Enable preemption");
219 static int lwkt_cache_threads = 32;
220 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, cache_threads, CTLFLAG_RD,
221         &lwkt_cache_threads, 0, "thread+kstack cache");
222
223 static __cachealign int lwkt_cseq_rindex;
224 static __cachealign int lwkt_cseq_windex;
225
226 /*
227  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
228  * within a critical section.
229  *
230  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
231  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
232  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
233  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
234  */
235 static __inline
236 void
237 _lwkt_dequeue(thread_t td)
238 {
239     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
240         struct globaldata *gd = td->td_gd;
241
242         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
243         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
244         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
245                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
246     }
247 }
248
249 /*
250  * Priority enqueue.
251  *
252  * NOTE: There are a limited number of lwkt threads runnable since user
253  *       processes only schedule one at a time per cpu.
254  */
255 static __inline
256 void
257 _lwkt_enqueue(thread_t td)
258 {
259     thread_t xtd;
260
261     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
262         struct globaldata *gd = td->td_gd;
263
264         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
265         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
266         if (xtd == NULL) {
267             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
268             atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
269         } else {
270             while (xtd && xtd->td_pri >= td->td_pri)
271                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
272             if (xtd)
273                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
274             else
275                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
276         }
277
278         /*
279          * Request a LWKT reschedule if we are now at the head of the queue.
280          */
281         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td)
282             need_lwkt_resched();
283     }
284 }
285
286 static __boolean_t
287 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
288 {
289         struct thread *td = (struct thread *)obj;
290
291         td->td_kstack = NULL;
292         td->td_kstack_size = 0;
293         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
294         td->td_mpflags = 0;
295         return (1);
296 }
297
298 static void
299 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
300 {
301         struct thread *td = (struct thread *)obj;
302
303         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
304             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
305         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
306                 td->td_kstack_size > 0,
307             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
308         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
309 }
310
311 /*
312  * Initialize the lwkt s/system.
313  *
314  * Nominally cache up to 32 thread + kstack structures.
315  */
316 void
317 lwkt_init(void)
318 {
319     TUNABLE_INT("lwkt.cache_threads", &lwkt_cache_threads);
320     thread_cache = objcache_create_mbacked(
321                                 M_THREAD, sizeof(struct thread),
322                                 NULL, lwkt_cache_threads,
323                                 _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
324 }
325
326 /*
327  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
328  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
329  * function.
330  *
331  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
332  */
333 void
334 lwkt_schedule_self(thread_t td)
335 {
336     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
337     crit_enter_quick(td);
338     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
339             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
340     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
341              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
342     _lwkt_enqueue(td);
343     crit_exit_quick(td);
344 }
345
346 /*
347  * Deschedule a thread.
348  *
349  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
350  */
351 void
352 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
353 {
354     crit_enter_quick(td);
355     _lwkt_dequeue(td);
356     crit_exit_quick(td);
357 }
358
359 /*
360  * LWKTs operate on a per-cpu basis
361  *
362  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
363  */
364 void
365 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
366 {
367     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
368     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
369 }
370
371 /*
372  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
373  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
374  * -1 the thread will be created on the current cpu.
375  *
376  * If you intend to create a thread without a process context this function
377  * does everything except load the startup and switcher function.
378  */
379 thread_t
380 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
381 {
382     static int cpu_rotator;
383     globaldata_t gd = mycpu;
384     void *stack;
385
386     /*
387      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
388      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
389      * thread intact through the exit.
390      */
391     if (td == NULL) {
392         crit_enter_gd(gd);
393         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
394             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
395                                       TDF_RUNQ)) == 0);
396             gd->gd_freetd = NULL;
397         } else {
398             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
399             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
400                                       TDF_RUNQ)) == 0);
401         }
402         crit_exit_gd(gd);
403         KASSERT((td->td_flags &
404                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING)) == TDF_ALLOCATED_THREAD,
405                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
406         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
407     }
408
409     /*
410      * Try to reuse cached stack.
411      */
412     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
413         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
414             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
415             stack = NULL;
416         }
417     }
418     if (stack == NULL) {
419         stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize);
420         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
421     }
422     if (cpu < 0) {
423         cpu = ++cpu_rotator;
424         cpu_ccfence();
425         cpu %= ncpus;
426     }
427     lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
428     return(td);
429 }
430
431 /*
432  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
433  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
434  *
435  * All threads start out in a critical section at a priority of
436  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
437  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
438  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
439  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
440  * cpu.
441  *
442  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
443  * if SMP has not yet been activated.
444  */
445 #ifdef SMP
446
447 static void
448 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
449 {
450     thread_t td = arg;
451
452     /*
453      * Protected by critical section held by IPI dispatch
454      */
455     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
456 }
457
458 #endif
459
460 /*
461  * lwkt core thread structural initialization.
462  *
463  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
464  */
465 void
466 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
467                 struct globaldata *gd)
468 {
469     globaldata_t mygd = mycpu;
470
471     bzero(td, sizeof(struct thread));
472     td->td_kstack = stack;
473     td->td_kstack_size = stksize;
474     td->td_flags = flags;
475     td->td_mpflags = 0;
476     td->td_gd = gd;
477     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
478     td->td_critcount = 1;
479     td->td_toks_have = NULL;
480     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
481     if (lwkt_use_spin_port || (flags & TDF_FORCE_SPINPORT))
482         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport);
483     else
484         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
485     pmap_init_thread(td);
486 #ifdef SMP
487     /*
488      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
489      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
490      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
491      * of gd_tdallq requires the BGL.
492      */
493     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
494         crit_enter_gd(mygd);
495         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
496         crit_exit_gd(mygd);
497     } else {
498         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
499     }
500 #else
501     crit_enter_gd(mygd);
502     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
503     crit_exit_gd(mygd);
504 #endif
505
506     dsched_new_thread(td);
507 }
508
509 void
510 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
511 {
512     __va_list va;
513
514     __va_start(va, ctl);
515     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
516     __va_end(va);
517     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, &td->td_comm[0]);
518 }
519
520 /*
521  * Prevent the thread from getting destroyed.  Note that unlike PHOLD/PRELE
522  * this does not prevent the thread from migrating to another cpu so the
523  * gd_tdallq state is not protected by this.
524  */
525 void
526 lwkt_hold(thread_t td)
527 {
528     atomic_add_int(&td->td_refs, 1);
529 }
530
531 void
532 lwkt_rele(thread_t td)
533 {
534     KKASSERT(td->td_refs > 0);
535     atomic_add_int(&td->td_refs, -1);
536 }
537
538 void
539 lwkt_wait_free(thread_t td)
540 {
541     while (td->td_refs)
542         tsleep(td, 0, "tdreap", hz);
543 }
544
545 void
546 lwkt_free_thread(thread_t td)
547 {
548     KKASSERT(td->td_refs == 0);
549     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING | TDF_PREEMPT_LOCK |
550                               TDF_RUNQ | TDF_TSLEEPQ)) == 0);
551     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
552         objcache_put(thread_cache, td);
553     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
554         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
555         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
556             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
557         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
558         td->td_kstack = NULL;
559         td->td_kstack_size = 0;
560     }
561     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
562 }
563
564
565 /*
566  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
567  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
568  * section to avoid races with the scheduling queue.
569  *
570  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
571  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
572  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
573  * the result is very, very fast thread switching.
574  *
575  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
576  * each priority level.  User process scheduling is a totally
577  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
578  * user process priorities.
579  *
580  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
581  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
582  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
583  *
584  * SPECIAL NOTE ON SWITCH ATOMICY: Certain operations such as thread
585  * migration and tsleep deschedule the current lwkt thread and call
586  * lwkt_switch().  In particular, the target cpu of the migration fully
587  * expects the thread to become non-runnable and can deadlock against
588  * cpusync operations if we run any IPIs prior to switching the thread out.
589  *
590  * WE MUST BE VERY CAREFUL NOT TO RUN SPLZ DIRECTLY OR INDIRECTLY IF
591  * THE CURRENT THREAD HAS BEEN DESCHEDULED!
592  */
593 void
594 lwkt_switch(void)
595 {
596     globaldata_t gd = mycpu;
597     thread_t td = gd->gd_curthread;
598     thread_t ntd;
599     thread_t xtd;
600     int spinning = 0;
601
602     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
603
604     /*
605      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
606      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
607      * kernel trap or we have paniced.
608      *
609      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
610      */
611     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
612         int savegdnest;
613         int savegdtrap;
614
615         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
616             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
617                   "a fast interrupt, ipi, or hard code section, "
618                   "td %p\n",
619                   td);
620         } else {
621             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
622             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
623             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
624             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
625             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
626                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
627                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
628                         "or hard code section.\n"
629                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
630                 print_backtrace(-1);
631             }
632             lwkt_switch();
633             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
634             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
635             return;
636         }
637     }
638
639     /*
640      * Release our current user process designation if we are blocking
641      * or if a user reschedule was requested.
642      *
643      * NOTE: This function is NOT called if we are switching into or
644      *       returning from a preemption.
645      *
646      * NOTE: Releasing our current user process designation may cause
647      *       it to be assigned to another thread, which in turn will
648      *       cause us to block in the usched acquire code when we attempt
649      *       to return to userland.
650      *
651      * NOTE: On SMP systems this can be very nasty when heavy token
652      *       contention is present so we want to be careful not to
653      *       release the designation gratuitously.
654      */
655     if (td->td_release &&
656         (user_resched_wanted() || (td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0)) {
657             td->td_release(td);
658     }
659
660     /*
661      * Release all tokens
662      */
663     crit_enter_gd(gd);
664     if (TD_TOKS_HELD(td))
665             lwkt_relalltokens(td);
666
667     /*
668      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
669      * endless panic loop.
670      */
671     KASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0 || panicstr != NULL, 
672             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
673              gd->gd_spinlocks_wr));
674
675
676 #ifdef SMP
677 #ifdef  INVARIANTS
678     if (td->td_cscount) {
679         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
680                 td);
681         if (panic_on_cscount)
682             panic("switching while mastering cpusync");
683     }
684 #endif
685 #endif
686
687     /*
688      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
689      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
690      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
691      * itself).
692      *
693      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
694      * out the adjustment that was made to curthread when the original
695      * was preempted.
696      */
697     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
698         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
699         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
700
701         /*
702          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
703          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
704          * at a lower priority.
705          *
706          * The interrupt may not have descheduled.
707          */
708         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) != ntd)
709             need_lwkt_resched();
710         goto havethread_preempted;
711     }
712
713     /*
714      * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
715      * schedule the target thread.
716      *
717      * Reminder: Again, we cannot afford to run any IPIs in this path if
718      * the current thread has been descheduled.
719      */
720     for (;;) {
721         clear_lwkt_resched();
722
723         /*
724          * Hotpath - pull the head of the run queue and attempt to schedule
725          * it.
726          */
727         for (;;) {
728             ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
729
730             if (ntd == NULL) {
731                 /*
732                  * Runq is empty, switch to idle to allow it to halt.
733                  */
734                 ntd = &gd->gd_idlethread;
735 #ifdef SMP
736                 if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
737                     ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
738 #endif
739                 cpu_time.cp_msg[0] = 0;
740                 cpu_time.cp_stallpc = 0;
741                 goto haveidle;
742             }
743             break;
744         }
745
746         /*
747          * Hotpath - schedule ntd.
748          *
749          * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
750          *           always succeeds.
751          */
752         if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
753             lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops)))
754         {
755             goto havethread;
756         }
757
758         /*
759          * Coldpath (SMP only since tokens always succeed on UP)
760          *
761          * We had some contention on the thread we wanted to schedule.
762          * What we do now is try to find a thread that we can schedule
763          * in its stead.
764          *
765          * The coldpath scan does NOT rearrange threads in the run list.
766          * The lwkt_schedulerclock() will assert need_lwkt_resched() on
767          * the next tick whenever the current head is not the current thread.
768          */
769 #ifdef  INVARIANTS
770         ++token_contention_count[ntd->td_pri];
771         ++ntd->td_contended;
772 #endif
773
774         if (fairq_bypass > 0)
775                 goto skip;
776
777         xtd = NULL;
778         while ((ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq)) != NULL) {
779                 /*
780                  * Never schedule threads returning to userland or the
781                  * user thread scheduler helper thread when higher priority
782                  * threads are present.
783                  */
784                 if (ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED) {
785                         ntd = NULL;
786                         break;
787                 }
788
789                 /*
790                  * Try this one.
791                  */
792                 if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
793                     lwkt_getalltokens(ntd, (spinning >= lwkt_spin_loops))) {
794                         goto havethread;
795                 }
796 #ifdef  INVARIANTS
797                 ++token_contention_count[ntd->td_pri];
798                 ++ntd->td_contended;
799 #endif
800         }
801
802 skip:
803         /*
804          * We exhausted the run list, meaning that all runnable threads
805          * are contested.
806          */
807         cpu_pause();
808         ntd = &gd->gd_idlethread;
809 #ifdef SMP
810         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
811             ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
812         /* contention case, do not clear contention mask */
813 #endif
814
815         /*
816          * We are going to have to retry but if the current thread is not
817          * on the runq we instead switch through the idle thread to get away
818          * from the current thread.  We have to flag for lwkt reschedule
819          * to prevent the idle thread from halting.
820          *
821          * NOTE: A non-zero spinning is passed to lwkt_getalltokens() to
822          *       instruct it to deal with the potential for deadlocks by
823          *       ordering the tokens by address.
824          */
825         if ((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0) {
826             need_lwkt_resched();        /* prevent hlt */
827             goto haveidle;
828         }
829 #if defined(INVARIANTS) && defined(__amd64__)
830         if ((read_rflags() & PSL_I) == 0) {
831                 cpu_enable_intr();
832                 panic("lwkt_switch() called with interrupts disabled");
833         }
834 #endif
835
836         /*
837          * Number iterations so far.  After a certain point we switch to
838          * a sorted-address/monitor/mwait version of lwkt_getalltokens()
839          */
840         if (spinning < 0x7FFFFFFF)
841             ++spinning;
842
843 #ifdef SMP
844         /*
845          * lwkt_getalltokens() failed in sorted token mode, we can use
846          * monitor/mwait in this case.
847          */
848         if (spinning >= lwkt_spin_loops &&
849             (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) &&
850             lwkt_spin_monitor)
851         {
852             cpu_mmw_pause_int(&gd->gd_reqflags,
853                               (gd->gd_reqflags | RQF_SPINNING) &
854                               ~RQF_IDLECHECK_WK_MASK);
855         }
856 #endif
857
858         /*
859          * We already checked that td is still scheduled so this should be
860          * safe.
861          */
862         splz_check();
863
864         /*
865          * This experimental resequencer is used as a fall-back to reduce
866          * hw cache line contention by placing each core's scheduler into a
867          * time-domain-multplexed slot.
868          *
869          * The resequencer is disabled by default.  It's functionality has
870          * largely been superceeded by the token algorithm which limits races
871          * to a subset of cores.
872          *
873          * The resequencer algorithm tends to break down when more than
874          * 20 cores are contending.  What appears to happen is that new
875          * tokens can be obtained out of address-sorted order by new cores
876          * while existing cores languish in long delays between retries and
877          * wind up being starved-out of the token acquisition.
878          */
879         if (lwkt_spin_reseq && spinning >= lwkt_spin_reseq) {
880             int cseq = atomic_fetchadd_int(&lwkt_cseq_windex, 1);
881             int oseq;
882
883             while ((oseq = lwkt_cseq_rindex) != cseq) {
884                 cpu_ccfence();
885 #if 1
886                 if (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) {
887                     cpu_mmw_pause_int(&lwkt_cseq_rindex, oseq);
888                 } else {
889 #endif
890                     cpu_pause();
891                     cpu_lfence();
892 #if 1
893                 }
894 #endif
895             }
896             DELAY(1);
897             atomic_add_int(&lwkt_cseq_rindex, 1);
898         }
899         /* highest level for(;;) loop */
900     }
901
902 havethread:
903     /*
904      * Clear gd_idle_repeat when doing a normal switch to a non-idle
905      * thread.
906      */
907     ntd->td_wmesg = NULL;
908     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
909     gd->gd_idle_repeat = 0;
910
911 havethread_preempted:
912     /*
913      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
914      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
915      * already acquired it for the target.
916      */
917     ;
918 haveidle:
919     KASSERT(ntd->td_critcount,
920             ("priority problem in lwkt_switch %d %d",
921             td->td_critcount, ntd->td_critcount));
922
923     if (td != ntd) {
924         /*
925          * Execute the actual thread switch operation.  This function
926          * returns to the current thread and returns the previous thread
927          * (which may be different from the thread we switched to).
928          *
929          * We are responsible for marking ntd as TDF_RUNNING.
930          */
931         ++switch_count;
932         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
933         ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
934         lwkt_switch_return(td->td_switch(ntd));
935         /* ntd invalid, td_switch() can return a different thread_t */
936     }
937
938     /*
939      * catch-all.  XXX is this strictly needed?
940      */
941     splz_check();
942
943     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
944     crit_exit_quick(td);
945 }
946
947 /*
948  * Called by assembly in the td_switch (thread restore path) for thread
949  * bootstrap cases which do not 'return' to lwkt_switch().
950  */
951 void
952 lwkt_switch_return(thread_t otd)
953 {
954 #ifdef SMP
955         globaldata_t rgd;
956
957         /*
958          * Check if otd was migrating.  Now that we are on ntd we can finish
959          * up the migration.  This is a bit messy but it is the only place
960          * where td is known to be fully descheduled.
961          *
962          * We can only activate the migration if otd was migrating but not
963          * held on the cpu due to a preemption chain.  We still have to
964          * clear TDF_RUNNING on the old thread either way.
965          *
966          * We are responsible for clearing the previously running thread's
967          * TDF_RUNNING.
968          */
969         if ((rgd = otd->td_migrate_gd) != NULL &&
970             (otd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0) {
971                 KKASSERT((otd->td_flags & (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING)) ==
972                          (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING));
973                 otd->td_migrate_gd = NULL;
974                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
975                 lwkt_send_ipiq(rgd, lwkt_setcpu_remote, otd);
976         } else {
977                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
978         }
979 #else
980         otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
981 #endif
982 }
983
984 /*
985  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
986  * can only occur if our only critical section is the one that we were called
987  * with, the relative priority of the target thread is higher, and the target
988  * thread holds no tokens.  This also only works if we are not holding any
989  * spinlocks (obviously).
990  *
991  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
992  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
993  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
994  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
995  * priority of lwkt_schedule() itself).
996  *
997  * Preemption is typically limited to interrupt threads.
998  *
999  * Operation works in a fairly straight-forward manner.  The normal
1000  * scheduling code is bypassed and we switch directly to the target
1001  * thread.  When the target thread attempts to block or switch away
1002  * code at the base of lwkt_switch() will switch directly back to our
1003  * thread.  Our thread is able to retain whatever tokens it holds and
1004  * if the target needs one of them the target will switch back to us
1005  * and reschedule itself normally.
1006  */
1007 void
1008 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
1009 {
1010     struct globaldata *gd = mycpu;
1011     thread_t xtd;
1012     thread_t td;
1013     int save_gd_intr_nesting_level;
1014
1015     /*
1016      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
1017      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
1018      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
1019      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
1020      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
1021      *
1022      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
1023      * inherit our critical section?  I dunno yet).
1024      */
1025     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
1026
1027     td = gd->gd_curthread;
1028     if (preempt_enable == 0) {
1029         ++preempt_miss;
1030         return;
1031     }
1032     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
1033         ++preempt_miss;
1034         return;
1035     }
1036     if (td->td_critcount > critcount) {
1037         ++preempt_miss;
1038         return;
1039     }
1040 #ifdef SMP
1041     if (ntd->td_gd != gd) {
1042         ++preempt_miss;
1043         return;
1044     }
1045 #endif
1046     /*
1047      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
1048      * td_critcount.
1049      *
1050      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
1051      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
1052      * is no need to support it.
1053      */
1054     KKASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0);
1055
1056     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
1057         ++preempt_miss;
1058         return;
1059     }
1060     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1061         ++preempt_weird;
1062         return;
1063     }
1064     if (ntd->td_preempted) {
1065         ++preempt_hit;
1066         return;
1067     }
1068     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
1069
1070     /*
1071      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
1072      * call need_lwkt_resched().
1073      *
1074      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
1075      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
1076      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
1077      *
1078      * A preemption must switch back to the original thread, assert the
1079      * case.
1080      */
1081     ++preempt_hit;
1082     ntd->td_preempted = td;
1083     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1084     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1085     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1086     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1087     ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
1088     xtd = td->td_switch(ntd);
1089     KKASSERT(xtd == ntd);
1090     lwkt_switch_return(xtd);
1091     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1092
1093     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1094     ntd->td_preempted = NULL;
1095     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1100  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1101  * section.
1102  *
1103  * (self contained on a per cpu basis)
1104  */
1105 void
1106 splz_check(void)
1107 {
1108     globaldata_t gd = mycpu;
1109     thread_t td = gd->gd_curthread;
1110
1111     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1112         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1113         td->td_nest_count < 2)
1114     {
1115         splz();
1116     }
1117 }
1118
1119 /*
1120  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1121  * been tested but td_critcount has not.
1122  *
1123  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1124  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1125  */
1126 void
1127 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1128 {
1129     globaldata_t gd = td->td_gd;
1130
1131     if (td->td_critcount == 0 &&
1132         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1133         td->td_nest_count < 2)
1134     {
1135         splz();
1136     }
1137 }
1138
1139 /*
1140  * Drivers which set up processing co-threads can call this function to
1141  * run the co-thread at a higher priority and to allow it to preempt
1142  * normal threads.
1143  */
1144 void
1145 lwkt_set_interrupt_support_thread(void)
1146 {
1147         thread_t td = curthread;
1148
1149         lwkt_setpri_self(TDPRI_INT_SUPPORT);
1150         td->td_flags |= TDF_INTTHREAD;
1151         td->td_preemptable = lwkt_preempt;
1152 }
1153
1154
1155 /*
1156  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1157  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1158  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1159  * (curthread) continues running in the released state.
1160  */
1161 void
1162 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1163 {
1164     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1165
1166     td->td_release = NULL;
1167     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1168     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1169 }
1170
1171
1172 /*
1173  * This implements a LWKT yield, allowing a kernel thread to yield to other
1174  * kernel threads at the same or higher priority.  This function can be
1175  * called in a tight loop and will typically only yield once per tick.
1176  *
1177  * Most kernel threads run at the same priority in order to allow equal
1178  * sharing.
1179  *
1180  * (self contained on a per cpu basis)
1181  */
1182 void
1183 lwkt_yield(void)
1184 {
1185     globaldata_t gd = mycpu;
1186     thread_t td = gd->gd_curthread;
1187
1188     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1189         splz();
1190     if (lwkt_resched_wanted()) {
1191         lwkt_schedule_self(curthread);
1192         lwkt_switch();
1193     }
1194 }
1195
1196 /*
1197  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1198  *
1199  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1200  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1201  * switch to other processes by releasing.
1202  *
1203  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1204  * if no yield is determined to be needed.
1205  */
1206 void
1207 lwkt_user_yield(void)
1208 {
1209     globaldata_t gd = mycpu;
1210     thread_t td = gd->gd_curthread;
1211
1212     /*
1213      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1214      * section.
1215      */
1216     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1217         splz();
1218
1219     /*
1220      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1221      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1222      * quantum has run out.
1223      */
1224     if (lwkt_resched_wanted() ||
1225         user_resched_wanted())
1226     {
1227         lwkt_switch();
1228     }
1229
1230 #if 0
1231     /*
1232      * Reacquire the current process if we are released.
1233      *
1234      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1235      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1236      */
1237     if (td->td_release == NULL && lp) {
1238         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1239         td->td_release = lwkt_passive_release;
1240         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1241     }
1242 #endif
1243 }
1244
1245 /*
1246  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1247  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1248  *
1249  * We have a little helper inline function which does additional work after
1250  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1251  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1252  * to userland until it has processed higher priority threads).
1253  *
1254  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1255  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1256  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1257  */
1258 static __inline
1259 void
1260 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount)
1261 {
1262     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1263         if (ntd->td_preemptable) {
1264             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1265         }
1266     }
1267 }
1268
1269 static __inline
1270 void
1271 _lwkt_schedule(thread_t td)
1272 {
1273     globaldata_t mygd = mycpu;
1274
1275     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1276             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1277     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
1278     crit_enter_gd(mygd);
1279     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1280              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1281
1282     if (td == mygd->gd_curthread) {
1283         _lwkt_enqueue(td);
1284     } else {
1285         /*
1286          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1287          * critical section).  If we do not own the thread there might
1288          * be a race but the target cpu will deal with it.
1289          */
1290 #ifdef SMP
1291         if (td->td_gd == mygd) {
1292             _lwkt_enqueue(td);
1293             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1294         } else {
1295             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1296         }
1297 #else
1298         _lwkt_enqueue(td);
1299         _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1300 #endif
1301     }
1302     crit_exit_gd(mygd);
1303 }
1304
1305 void
1306 lwkt_schedule(thread_t td)
1307 {
1308     _lwkt_schedule(td);
1309 }
1310
1311 void
1312 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)    /* XXX not impl */
1313 {
1314     _lwkt_schedule(td);
1315 }
1316
1317 #ifdef SMP
1318
1319 /*
1320  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1321  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1322  *
1323  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1324  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1325  */
1326 static void
1327 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1328 {
1329     thread_t td = curthread;
1330     thread_t ntd = arg;
1331
1332     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1333         crit_exit_noyield(td);
1334         _lwkt_schedule(ntd);
1335         crit_enter_quick(td);
1336     } else {
1337         _lwkt_schedule(ntd);
1338     }
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1343  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1344  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1345  *
1346  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1347  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1348  *
1349  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1350  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1351  *
1352  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1353  */
1354 void
1355 lwkt_giveaway(thread_t td)
1356 {
1357     globaldata_t gd = mycpu;
1358
1359     crit_enter_gd(gd);
1360     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1361         tsleep_remove(td);
1362     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1363     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1364     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1365     crit_exit_gd(gd);
1366 }
1367
1368 void
1369 lwkt_acquire(thread_t td)
1370 {
1371     globaldata_t gd;
1372     globaldata_t mygd;
1373     int retry = 10000000;
1374
1375     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1376     gd = td->td_gd;
1377     mygd = mycpu;
1378     if (gd != mycpu) {
1379         cpu_lfence();
1380         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1381         crit_enter_gd(mygd);
1382         DEBUG_PUSH_INFO("lwkt_acquire");
1383         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1384 #ifdef SMP
1385             lwkt_process_ipiq();
1386 #endif
1387             cpu_lfence();
1388             if (--retry == 0) {
1389                 kprintf("lwkt_acquire: stuck: td %p td->td_flags %08x\n",
1390                         td, td->td_flags);
1391                 retry = 10000000;
1392             }
1393         }
1394         DEBUG_POP_INFO();
1395         cpu_mfence();
1396         td->td_gd = mygd;
1397         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1398         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1399         crit_exit_gd(mygd);
1400     } else {
1401         crit_enter_gd(mygd);
1402         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1403         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1404         crit_exit_gd(mygd);
1405     }
1406 }
1407
1408 #endif
1409
1410 /*
1411  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1412  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1413  * asynchronous.  
1414  *
1415  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1416  */
1417 void
1418 lwkt_deschedule(thread_t td)
1419 {
1420     crit_enter();
1421 #ifdef SMP
1422     if (td == curthread) {
1423         _lwkt_dequeue(td);
1424     } else {
1425         if (td->td_gd == mycpu) {
1426             _lwkt_dequeue(td);
1427         } else {
1428             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1429         }
1430     }
1431 #else
1432     _lwkt_dequeue(td);
1433 #endif
1434     crit_exit();
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1439  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1440  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1441  */
1442 void
1443 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1444 {
1445     if (td->td_pri != pri) {
1446         KKASSERT(pri >= 0);
1447         crit_enter();
1448         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1449             KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1450             _lwkt_dequeue(td);
1451             td->td_pri = pri;
1452             _lwkt_enqueue(td);
1453         } else {
1454             td->td_pri = pri;
1455         }
1456         crit_exit();
1457     }
1458 }
1459
1460 /*
1461  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1462  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1463  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1464  * cpu.
1465  *
1466  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1467  * and before the thread is initially scheduled.
1468  */
1469 void
1470 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1471 {
1472     KKASSERT(pri >= 0);
1473     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1474     td->td_pri = pri;
1475 }
1476
1477 void
1478 lwkt_setpri_self(int pri)
1479 {
1480     thread_t td = curthread;
1481
1482     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1483     crit_enter();
1484     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1485         _lwkt_dequeue(td);
1486         td->td_pri = pri;
1487         _lwkt_enqueue(td);
1488     } else {
1489         td->td_pri = pri;
1490     }
1491     crit_exit();
1492 }
1493
1494 /*
1495  * hz tick scheduler clock for LWKT threads
1496  */
1497 void
1498 lwkt_schedulerclock(thread_t td)
1499 {
1500     globaldata_t gd = td->td_gd;
1501     thread_t xtd;
1502
1503     if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1504         /*
1505          * If the current thread is at the head of the runq shift it to the
1506          * end of any equal-priority threads and request a LWKT reschedule
1507          * if it moved.
1508          */
1509         xtd = TAILQ_NEXT(td, td_threadq);
1510         if (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri) {
1511             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1512             while (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri)
1513                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
1514             if (xtd)
1515                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
1516             else
1517                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1518             need_lwkt_resched();
1519         }
1520     } else {
1521         /*
1522          * If we scheduled a thread other than the one at the head of the
1523          * queue always request a reschedule every tick.
1524          */
1525         need_lwkt_resched();
1526     }
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1531  *
1532  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu
1533  * and setting td_migrate_gd.  The lwkt_switch() code will detect that the
1534  * 'old' thread wants to migrate after it has been completely switched out
1535  * and will complete the migration.
1536  *
1537  * TDF_MIGRATING prevents scheduling races while the thread is being migrated.
1538  *
1539  * We must be sure to release our current process designation (if a user
1540  * process) before clearing out any tsleepq we are on because the release
1541  * code may re-add us.
1542  *
1543  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1544  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1545  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1546  */
1547
1548 void
1549 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1550 {
1551 #ifdef SMP
1552     thread_t td = curthread;
1553
1554     if (td->td_gd != rgd) {
1555         crit_enter_quick(td);
1556
1557         if (td->td_release)
1558             td->td_release(td);
1559         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1560             tsleep_remove(td);
1561
1562         /*
1563          * Set TDF_MIGRATING to prevent a spurious reschedule while we are
1564          * trying to deschedule ourselves and switch away, then deschedule
1565          * ourself, remove us from tdallq, and set td_migrate_gd.  Finally,
1566          * call lwkt_switch() to complete the operation.
1567          */
1568         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1569         lwkt_deschedule_self(td);
1570         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1571         td->td_migrate_gd = rgd;
1572         lwkt_switch();
1573
1574         /*
1575          * We are now on the target cpu
1576          */
1577         KKASSERT(rgd == mycpu);
1578         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1579         crit_exit_quick(td);
1580     }
1581 #endif
1582 }
1583
1584 void
1585 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1586 {
1587 #ifdef SMP
1588         globaldata_t rgd;
1589
1590         rgd = globaldata_find(cpuid);
1591         lwkt_setcpu_self(rgd);
1592 #endif
1593 }
1594
1595 #ifdef SMP
1596 /*
1597  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1598  * do not have to enter another one).
1599  *
1600  * The thread (td) has already been completely descheduled from the
1601  * originating cpu and we can simply assert the case.  The thread is
1602  * assigned to the new cpu and enqueued.
1603  *
1604  * The thread will re-add itself to tdallq when it resumes execution.
1605  */
1606 static void
1607 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1608 {
1609     thread_t td = arg;
1610     globaldata_t gd = mycpu;
1611
1612     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1613     td->td_gd = gd;
1614     cpu_mfence();
1615     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1616     KKASSERT(td->td_migrate_gd == NULL);
1617     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1618             (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1619     _lwkt_enqueue(td);
1620 }
1621 #endif
1622
1623 struct lwp *
1624 lwkt_preempted_proc(void)
1625 {
1626     thread_t td = curthread;
1627     while (td->td_preempted)
1628         td = td->td_preempted;
1629     return(td->td_lwp);
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1634  * with proc0 - ie: kernel only.
1635  *
1636  * If the cpu is not specified one will be selected.  In the future
1637  * specifying a cpu of -1 will enable kernel thread migration between
1638  * cpus.
1639  */
1640 int
1641 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1642             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1643 {
1644     thread_t td;
1645     __va_list ap;
1646
1647     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1648                            tdflags);
1649     if (tdp)
1650         *tdp = td;
1651     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1652
1653     /*
1654      * Set up arg0 for 'ps' etc
1655      */
1656     __va_start(ap, fmt);
1657     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1658     __va_end(ap);
1659
1660     /*
1661      * Schedule the thread to run
1662      */
1663     if (td->td_flags & TDF_NOSTART)
1664         td->td_flags &= ~TDF_NOSTART;
1665     else
1666         lwkt_schedule(td);
1667     return 0;
1668 }
1669
1670 /*
1671  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1672  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1673  * uses a different reaping mechanism.
1674  */
1675 void
1676 lwkt_exit(void)
1677 {
1678     thread_t td = curthread;
1679     thread_t std;
1680     globaldata_t gd;
1681
1682     /*
1683      * Do any cleanup that might block here
1684      */
1685     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1686         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1687     caps_exit(td);
1688     biosched_done(td);
1689     dsched_exit_thread(td);
1690
1691     /*
1692      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1693      * until we can get it freed.
1694      *
1695      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1696      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1697      */
1698     gd = mycpu;
1699     crit_enter_quick(td);
1700     lwkt_wait_free(td);
1701     while ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1702         KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1703         gd->gd_freetd = NULL;
1704         objcache_put(thread_cache, std);
1705         lwkt_wait_free(td);
1706     }
1707
1708     /*
1709      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1710      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1711      * up with a stale td on the tsleepq.
1712      *
1713      * None of this may block, the critical section is the only thing
1714      * protecting tdallq and the only thing preventing new lwkt_hold()
1715      * thread refs now.
1716      */
1717     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1718         tsleep_remove(td);
1719     lwkt_deschedule_self(td);
1720     lwkt_remove_tdallq(td);
1721     KKASSERT(td->td_refs == 0);
1722
1723     /*
1724      * Final cleanup
1725      */
1726     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1727     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1728         gd->gd_freetd = td;
1729     cpu_thread_exit();
1730 }
1731
1732 void
1733 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1734 {
1735     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1736     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1737 }
1738
1739 /*
1740  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1741  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1742  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1743  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1744  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1745  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1746  * procedure instead of duplicating it.
1747  *
1748  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1749  * smaller code size.
1750  */
1751 void
1752 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1753 {
1754     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1755 }
1756
1757 void
1758 crit_panic(void)
1759 {
1760     thread_t td = curthread;
1761     int lcrit = td->td_critcount;
1762
1763     td->td_critcount = 0;
1764     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1765     /* NOT REACHED */
1766 }
1767
1768 #ifdef SMP
1769
1770 /*
1771  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1772  * process the IPIQ while stopped, even if we were stopped while in a critical
1773  * section (XXX).
1774  *
1775  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1776  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1777  * stopped.
1778  */
1779 void
1780 lwkt_smp_stopped(void)
1781 {
1782     globaldata_t gd = mycpu;
1783
1784     crit_enter_gd(gd);
1785     if (dumping) {
1786         lwkt_process_ipiq();
1787         splz();
1788     } else {
1789         lwkt_process_ipiq();
1790     }
1791     crit_exit_gd(gd);
1792 }
1793
1794 #endif