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