vkernel - Fix corrupt tailq (vkernel64 only)
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2010 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  *
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  */
34
35 /*
36  * Each cpu in a system has its own self-contained light weight kernel
37  * thread scheduler, which means that generally speaking we only need
38  * to use a critical section to avoid problems.  Foreign thread 
39  * scheduling is queued via (async) IPIs.
40  */
41
42 #include <sys/param.h>
43 #include <sys/systm.h>
44 #include <sys/kernel.h>
45 #include <sys/proc.h>
46 #include <sys/rtprio.h>
47 #include <sys/kinfo.h>
48 #include <sys/queue.h>
49 #include <sys/sysctl.h>
50 #include <sys/kthread.h>
51 #include <machine/cpu.h>
52 #include <sys/lock.h>
53 #include <sys/caps.h>
54 #include <sys/spinlock.h>
55 #include <sys/ktr.h>
56
57 #include <sys/thread2.h>
58 #include <sys/spinlock2.h>
59 #include <sys/mplock2.h>
60
61 #include <sys/dsched.h>
62
63 #include <vm/vm.h>
64 #include <vm/vm_param.h>
65 #include <vm/vm_kern.h>
66 #include <vm/vm_object.h>
67 #include <vm/vm_page.h>
68 #include <vm/vm_map.h>
69 #include <vm/vm_pager.h>
70 #include <vm/vm_extern.h>
71
72 #include <machine/stdarg.h>
73 #include <machine/smp.h>
74
75 #if !defined(KTR_CTXSW)
76 #define KTR_CTXSW KTR_ALL
77 #endif
78 KTR_INFO_MASTER(ctxsw);
79 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, sw, 0, "#cpu[%d].td = %p",
80          sizeof(int) + sizeof(struct thread *));
81 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, pre, 1, "#cpu[%d].td = %p",
82          sizeof(int) + sizeof(struct thread *));
83 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, newtd, 2, "#threads[%p].name = %s",
84          sizeof (struct thread *) + sizeof(char *));
85 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, deadtd, 3, "#threads[%p].name = <dead>", sizeof (struct thread *));
86
87 static MALLOC_DEFINE(M_THREAD, "thread", "lwkt threads");
88
89 #ifdef  INVARIANTS
90 static int panic_on_cscount = 0;
91 #endif
92 static __int64_t switch_count = 0;
93 static __int64_t preempt_hit = 0;
94 static __int64_t preempt_miss = 0;
95 static __int64_t preempt_weird = 0;
96 static __int64_t token_contention_count __debugvar = 0;
97 static int lwkt_use_spin_port;
98 static struct objcache *thread_cache;
99
100 #ifdef SMP
101 static void lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
102 #endif
103 static void lwkt_fairq_accumulate(globaldata_t gd, thread_t td);
104
105 extern void cpu_heavy_restore(void);
106 extern void cpu_lwkt_restore(void);
107 extern void cpu_kthread_restore(void);
108 extern void cpu_idle_restore(void);
109
110 /*
111  * We can make all thread ports use the spin backend instead of the thread
112  * backend.  This should only be set to debug the spin backend.
113  */
114 TUNABLE_INT("lwkt.use_spin_port", &lwkt_use_spin_port);
115
116 #ifdef  INVARIANTS
117 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0,
118     "Panic if attempting to switch lwkt's while mastering cpusync");
119 #endif
120 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0,
121     "Number of switched threads");
122 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, 
123     "Successful preemption events");
124 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, 
125     "Failed preemption events");
126 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0,
127     "Number of preempted threads.");
128 #ifdef  INVARIANTS
129 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, token_contention_count, CTLFLAG_RW,
130         &token_contention_count, 0, "spinning due to token contention");
131 #endif
132 static int fairq_enable = 1;
133 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW,
134         &fairq_enable, 0, "Turn on fairq priority accumulators");
135 static int lwkt_spin_loops = 10;
136 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_loops, CTLFLAG_RW,
137         &lwkt_spin_loops, 0, "");
138 static int lwkt_spin_delay = 1;
139 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_delay, CTLFLAG_RW,
140         &lwkt_spin_delay, 0, "Scheduler spin delay in microseconds 0=auto");
141 static int lwkt_spin_method = 1;
142 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, spin_method, CTLFLAG_RW,
143         &lwkt_spin_method, 0, "LWKT scheduler behavior when contended");
144 static int preempt_enable = 1;
145 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW,
146         &preempt_enable, 0, "Enable preemption");
147
148 static __cachealign int lwkt_cseq_rindex;
149 static __cachealign int lwkt_cseq_windex;
150
151 /*
152  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
153  * within a critical section.
154  *
155  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
156  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
157  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
158  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
159  */
160 static __inline
161 void
162 _lwkt_dequeue(thread_t td)
163 {
164     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
165         struct globaldata *gd = td->td_gd;
166
167         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
168         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
169         gd->gd_fairq_total_pri -= td->td_pri;
170         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
171                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
172     }
173 }
174
175 /*
176  * Priority enqueue.
177  *
178  * NOTE: There are a limited number of lwkt threads runnable since user
179  *       processes only schedule one at a time per cpu.
180  */
181 static __inline
182 void
183 _lwkt_enqueue(thread_t td)
184 {
185     thread_t xtd;
186
187     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
188         struct globaldata *gd = td->td_gd;
189
190         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
191         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
192         if (xtd == NULL) {
193                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
194                 atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
195         } else {
196                 while (xtd && xtd->td_pri > td->td_pri)
197                         xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
198                 if (xtd)
199                         TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
200                 else
201                         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
202         }
203         gd->gd_fairq_total_pri += td->td_pri;
204     }
205 }
206
207 static __boolean_t
208 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
209 {
210         struct thread *td = (struct thread *)obj;
211
212         td->td_kstack = NULL;
213         td->td_kstack_size = 0;
214         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
215         return (1);
216 }
217
218 static void
219 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
220 {
221         struct thread *td = (struct thread *)obj;
222
223         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
224             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
225         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
226                 td->td_kstack_size > 0,
227             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
228         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
229 }
230
231 /*
232  * Initialize the lwkt s/system.
233  */
234 void
235 lwkt_init(void)
236 {
237     /* An objcache has 2 magazines per CPU so divide cache size by 2. */
238     thread_cache = objcache_create_mbacked(M_THREAD, sizeof(struct thread),
239                         NULL, CACHE_NTHREADS/2,
240                         _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
241 }
242
243 /*
244  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
245  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
246  * function.
247  *
248  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
249  */
250 void
251 lwkt_schedule_self(thread_t td)
252 {
253     crit_enter_quick(td);
254     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
255             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
256     KKASSERT(td->td_lwp == NULL || (td->td_lwp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
257     _lwkt_enqueue(td);
258     crit_exit_quick(td);
259 }
260
261 /*
262  * Deschedule a thread.
263  *
264  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
265  */
266 void
267 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
268 {
269     crit_enter_quick(td);
270     _lwkt_dequeue(td);
271     crit_exit_quick(td);
272 }
273
274 /*
275  * LWKTs operate on a per-cpu basis
276  *
277  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
278  */
279 void
280 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
281 {
282     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
283     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
284 }
285
286 /*
287  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
288  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
289  * -1 the thread will be created on the current cpu.
290  *
291  * If you intend to create a thread without a process context this function
292  * does everything except load the startup and switcher function.
293  */
294 thread_t
295 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
296 {
297     globaldata_t gd = mycpu;
298     void *stack;
299
300     /*
301      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
302      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
303      * thread intact through the exit.
304      */
305     if (td == NULL) {
306         crit_enter_gd(gd);
307         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
308             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
309                                       TDF_RUNQ)) == 0);
310             gd->gd_freetd = NULL;
311         } else {
312             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
313             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
314                                       TDF_RUNQ)) == 0);
315         }
316         crit_exit_gd(gd);
317         KASSERT((td->td_flags &
318                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING)) == TDF_ALLOCATED_THREAD,
319                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
320         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
321     }
322
323     /*
324      * Try to reuse cached stack.
325      */
326     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
327         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
328             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
329             stack = NULL;
330         }
331     }
332     if (stack == NULL) {
333         stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize);
334         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
335     }
336     if (cpu < 0)
337         lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, gd);
338     else
339         lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
340     return(td);
341 }
342
343 /*
344  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
345  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
346  *
347  * All threads start out in a critical section at a priority of
348  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
349  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
350  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
351  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
352  * cpu.
353  *
354  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
355  * if SMP has not yet been activated.
356  */
357 #ifdef SMP
358
359 static void
360 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
361 {
362     thread_t td = arg;
363
364     /*
365      * Protected by critical section held by IPI dispatch
366      */
367     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
368 }
369
370 #endif
371
372 /*
373  * lwkt core thread structural initialization.
374  *
375  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
376  */
377 void
378 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
379                 struct globaldata *gd)
380 {
381     globaldata_t mygd = mycpu;
382
383     bzero(td, sizeof(struct thread));
384     td->td_kstack = stack;
385     td->td_kstack_size = stksize;
386     td->td_flags = flags;
387     td->td_gd = gd;
388     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
389     td->td_critcount = 1;
390     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
391     if (lwkt_use_spin_port)
392         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport);
393     else
394         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
395     pmap_init_thread(td);
396 #ifdef SMP
397     /*
398      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
399      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
400      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
401      * of gd_tdallq requires the BGL.
402      */
403     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
404         crit_enter_gd(mygd);
405         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
406         crit_exit_gd(mygd);
407     } else {
408         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
409     }
410 #else
411     crit_enter_gd(mygd);
412     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
413     crit_exit_gd(mygd);
414 #endif
415
416     dsched_new_thread(td);
417 }
418
419 void
420 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
421 {
422     __va_list va;
423
424     __va_start(va, ctl);
425     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
426     __va_end(va);
427     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, &td->td_comm[0]);
428 }
429
430 void
431 lwkt_hold(thread_t td)
432 {
433     atomic_add_int(&td->td_refs, 1);
434 }
435
436 void
437 lwkt_rele(thread_t td)
438 {
439     KKASSERT(td->td_refs > 0);
440     atomic_add_int(&td->td_refs, -1);
441 }
442
443 void
444 lwkt_wait_free(thread_t td)
445 {
446     while (td->td_refs)
447         tsleep(td, 0, "tdreap", hz);
448 }
449
450 void
451 lwkt_free_thread(thread_t td)
452 {
453     KKASSERT(td->td_refs == 0);
454     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_RUNQ)) == 0);
455     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
456         objcache_put(thread_cache, td);
457     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
458         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
459         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
460             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
461         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
462         td->td_kstack = NULL;
463         td->td_kstack_size = 0;
464     }
465     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
466 }
467
468
469 /*
470  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
471  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
472  * section to avoid races with the scheduling queue.
473  *
474  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
475  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
476  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
477  * the result is very, very fast thread switching.
478  *
479  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
480  * each priority level.  User process scheduling is a totally
481  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
482  * user process priorities.
483  *
484  * Note that the td_switch() function cannot do anything that requires
485  * the MP lock since the MP lock will have already been setup for
486  * the target thread (not the current thread).  It's nice to have a scheduler
487  * that does not need the MP lock to work because it allows us to do some
488  * really cool high-performance MP lock optimizations.
489  *
490  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
491  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
492  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
493  */
494 void
495 lwkt_switch(void)
496 {
497     globaldata_t gd = mycpu;
498     thread_t td = gd->gd_curthread;
499     thread_t ntd;
500     thread_t xtd;
501     int spinning = lwkt_spin_loops;     /* loops before HLTing */
502     int reqflags;
503     int cseq;
504     int oseq;
505
506     /*
507      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
508      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
509      * kernel trap or we have paniced.
510      *
511      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
512      */
513     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
514         int savegdnest;
515         int savegdtrap;
516
517         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
518             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
519                   "a fast interrupt, ipi, or hard code section, "
520                   "td %p\n",
521                   td);
522         } else {
523             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
524             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
525             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
526             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
527             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
528                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
529                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
530                         "or hard code section.\n"
531                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
532                 print_backtrace(-1);
533             }
534             lwkt_switch();
535             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
536             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
537             return;
538         }
539     }
540
541     /*
542      * Passive release (used to transition from user to kernel mode
543      * when we block or switch rather then when we enter the kernel).
544      * This function is NOT called if we are switching into a preemption
545      * or returning from a preemption.  Typically this causes us to lose
546      * our current process designation (if we have one) and become a true
547      * LWKT thread, and may also hand the current process designation to
548      * another process and schedule thread.
549      */
550     if (td->td_release)
551             td->td_release(td);
552
553     crit_enter_gd(gd);
554     if (TD_TOKS_HELD(td))
555             lwkt_relalltokens(td);
556
557     /*
558      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
559      * endless panic loop.
560      */
561     KASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0 || panicstr != NULL, 
562             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
563              gd->gd_spinlocks_wr));
564
565
566 #ifdef SMP
567 #ifdef  INVARIANTS
568     if (td->td_cscount) {
569         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
570                 td);
571         if (panic_on_cscount)
572             panic("switching while mastering cpusync");
573     }
574 #endif
575 #endif
576
577     /*
578      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
579      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
580      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
581      * itself).
582      *
583      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
584      * out the adjustment that was made to curthread when the original
585      * was preempted.
586      */
587     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
588         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
589         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
590
591         /*
592          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
593          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
594          * at a lower priority.
595          */
596         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) &&
597             TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq)->td_pri > ntd->td_pri) {
598             need_lwkt_resched();
599         }
600         /* YYY release mp lock on switchback if original doesn't need it */
601         goto havethread_preempted;
602     }
603
604     /*
605      * Implement round-robin fairq with priority insertion.  The priority
606      * insertion is handled by _lwkt_enqueue()
607      *
608      * We have to adjust the MP lock for the target thread.  If we
609      * need the MP lock and cannot obtain it we try to locate a
610      * thread that does not need the MP lock.  If we cannot, we spin
611      * instead of HLT.
612      *
613      * A similar issue exists for the tokens held by the target thread.
614      * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
615      * schedule the thread.
616      */
617     for (;;) {
618         /*
619          * Clear RQF_AST_LWKT_RESCHED (we handle the reschedule request)
620          * and set RQF_WAKEUP (prevent unnecessary IPIs from being
621          * received).
622          */
623         for (;;) {
624             reqflags = gd->gd_reqflags;
625             if (atomic_cmpset_int(&gd->gd_reqflags, reqflags,
626                                   (reqflags & ~RQF_AST_LWKT_RESCHED) |
627                                   RQF_WAKEUP)) {
628                 break;
629             }
630         }
631
632         /*
633          * Hotpath - pull the head of the run queue and attempt to schedule
634          * it.  Fairq exhaustion moves the task to the end of the list.  If
635          * no threads are runnable we switch to the idle thread.
636          */
637         for (;;) {
638             ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
639
640             if (ntd == NULL) {
641                 /*
642                  * Runq is empty, switch to idle and clear RQF_WAKEUP
643                  * to allow it to halt.
644                  */
645                 ntd = &gd->gd_idlethread;
646 #ifdef SMP
647                 if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
648                     ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
649 #endif
650                 cpu_time.cp_msg[0] = 0;
651                 cpu_time.cp_stallpc = 0;
652                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_WAKEUP);
653                 goto haveidle;
654             }
655
656             if (ntd->td_fairq_accum >= 0)
657                     break;
658
659             splz_check();
660             lwkt_fairq_accumulate(gd, ntd);
661             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
662             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
663         }
664
665         /*
666          * Hotpath - schedule ntd.  Leaves RQF_WAKEUP set to prevent
667          *           unwanted decontention IPIs.
668          *
669          * NOTE: For UP there is no mplock and lwkt_getalltokens()
670          *           always succeeds.
671          */
672         if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) || lwkt_getalltokens(ntd))
673             goto havethread;
674
675         /*
676          * Coldpath (SMP only since tokens always succeed on UP)
677          *
678          * We had some contention on the thread we wanted to schedule.
679          * What we do now is try to find a thread that we can schedule
680          * in its stead until decontention reschedules on our cpu.
681          *
682          * The coldpath scan does NOT rearrange threads in the run list
683          * and it also ignores the accumulator.
684          *
685          * We do not immediately schedule a user priority thread, instead
686          * we record it in xtd and continue looking for kernel threads.
687          * A cpu can only have one user priority thread (normally) so just
688          * record the first one.
689          *
690          * NOTE: This scan will also include threads whos fairq's were
691          *       accumulated in the first loop.
692          */
693         ++token_contention_count;
694         xtd = NULL;
695         while ((ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq)) != NULL) {
696             /*
697              * Try to switch to this thread.  If the thread is running at
698              * user priority we clear WAKEUP to allow decontention IPIs
699              * (since this thread is simply running until the one we wanted
700              * decontends), and we make sure that LWKT_RESCHED is not set.
701              *
702              * Otherwise for kernel threads we leave WAKEUP set to avoid
703              * unnecessary decontention IPIs.
704              */
705             if (ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED) {
706                 if (xtd == NULL)
707                     xtd = ntd;
708                 continue;
709             }
710
711             /*
712              * Do not let the fairq get too negative.  Even though we are
713              * ignoring it atm once the scheduler decontends a very negative
714              * thread will get moved to the end of the queue.
715              */
716             if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) || lwkt_getalltokens(ntd)) {
717                 if (ntd->td_fairq_accum < -TDFAIRQ_MAX(gd))
718                     ntd->td_fairq_accum = -TDFAIRQ_MAX(gd);
719                 goto havethread;
720             }
721
722             /*
723              * Well fubar, this thread is contended as well, loop
724              */
725             /* */
726         }
727
728         /*
729          * We exhausted the run list but we may have recorded a user
730          * thread to try.  We have three choices based on
731          * lwkt.decontention_method.
732          *
733          * (0) Atomically clear RQF_WAKEUP in order to receive decontention
734          *     IPIs (to interrupt the user process) and test
735          *     RQF_AST_LWKT_RESCHED at the same time.
736          *
737          *     This results in significant decontention IPI traffic but may
738          *     be more responsive.
739          *
740          * (1) Leave RQF_WAKEUP set so we do not receive a decontention IPI.
741          *     An automatic LWKT reschedule will occur on the next hardclock
742          *     (typically 100hz).
743          *
744          *     This results in no decontention IPI traffic but may be less
745          *     responsive.  This is the default.
746          *
747          * (2) Refuse to schedule the user process at this time.
748          *
749          *     This is highly experimental and should not be used under
750          *     normal circumstances.  This can cause a user process to
751          *     get starved out in situations where kernel threads are
752          *     fighting each other for tokens.
753          */
754         if (xtd) {
755             ntd = xtd;
756
757             switch(lwkt_spin_method) {
758             case 0:
759                 for (;;) {
760                     reqflags = gd->gd_reqflags;
761                     if (atomic_cmpset_int(&gd->gd_reqflags,
762                                           reqflags,
763                                           reqflags & ~RQF_WAKEUP)) {
764                         break;
765                     }
766                 }
767                 break;
768             case 1:
769                 reqflags = gd->gd_reqflags;
770                 break;
771             default:
772                 goto skip;
773                 break;
774             }
775             if ((reqflags & RQF_AST_LWKT_RESCHED) == 0 &&
776                 (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) || lwkt_getalltokens(ntd))
777             ) {
778                 if (ntd->td_fairq_accum < -TDFAIRQ_MAX(gd))
779                     ntd->td_fairq_accum = -TDFAIRQ_MAX(gd);
780                 goto havethread;
781             }
782
783 skip:
784             /*
785              * Make sure RQF_WAKEUP is set if we failed to schedule the
786              * user thread to prevent the idle thread from halting.
787              */
788             atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_WAKEUP);
789         }
790
791         /*
792          * We exhausted the run list, meaning that all runnable threads
793          * are contended.
794          */
795         cpu_pause();
796         ntd = &gd->gd_idlethread;
797 #ifdef SMP
798         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
799             ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
800         /* contention case, do not clear contention mask */
801 #endif
802
803         /*
804          * Ok, we might want to spin a few times as some tokens are held for
805          * very short periods of time and IPI overhead is 1uS or worse
806          * (meaning it is usually better to spin).  Regardless we have to
807          * call splz_check() to be sure to service any interrupts blocked
808          * by our critical section, otherwise we could livelock e.g. IPIs.
809          *
810          * The IPI mechanic is really a last resort.  In nearly all other
811          * cases RQF_WAKEUP is left set to prevent decontention IPIs.
812          *
813          * When we decide not to spin we clear RQF_WAKEUP and switch to
814          * the idle thread.  Clearing RQF_WEAKEUP allows the idle thread
815          * to halt and decontended tokens will issue an IPI to us.  The
816          * idle thread will check for pending reschedules already set
817          * (RQF_AST_LWKT_RESCHED) before actually halting so we don't have
818          * to here.
819          */
820         if (spinning <= 0) {
821             atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_WAKEUP);
822             goto haveidle;
823         }
824         --spinning;
825
826         /*
827          * When spinning a delay is required both to avoid livelocks from
828          * token order reversals (a thread may be trying to acquire multiple
829          * tokens), and also to reduce cpu cache management traffic.
830          *
831          * In order to scale to a large number of CPUs we use a time slot
832          * resequencer to force contending cpus into non-contending
833          * time-slots.  The scheduler may still contend with the lock holder
834          * but will not (generally) contend with all the other cpus trying
835          * trying to get the same token.
836          *
837          * The resequencer uses a FIFO counter mechanic.  The owner of the
838          * rindex at the head of the FIFO is allowed to pull itself off
839          * the FIFO and fetchadd is used to enter into the FIFO.  This bit
840          * of code is VERY cache friendly and forces all spinning schedulers
841          * into their own time slots.
842          *
843          * This code has been tested to 48-cpus and caps the cache
844          * contention load at ~1uS intervals regardless of the number of
845          * cpus.  Scaling beyond 64 cpus might require additional smarts
846          * (such as separate FIFOs for specific token cases).
847          *
848          * WARNING!  We can't call splz_check() or anything else here as
849          *           it could cause a deadlock.
850          */
851         cseq = atomic_fetchadd_int(&lwkt_cseq_windex, 1);
852         while ((oseq = lwkt_cseq_rindex) != cseq) {
853             cpu_ccfence();
854 #if !defined(_KERNEL_VIRTUAL)
855             if (cpu_mi_feature & CPU_MI_MONITOR) {
856                 cpu_mmw_pause_int(&lwkt_cseq_rindex, oseq);
857             } else
858 #endif
859             {
860                 DELAY(1);
861                 cpu_lfence();
862             }
863         }
864         cseq = lwkt_spin_delay; /* don't trust the system operator */
865         cpu_ccfence();
866         if (cseq < 1)
867             cseq = 1;
868         if (cseq > 1000)
869             cseq = 1000;
870         DELAY(cseq);
871         atomic_add_int(&lwkt_cseq_rindex, 1);
872         splz_check();
873         /* highest level for(;;) loop */
874     }
875
876 havethread:
877     /*
878      * We must always decrement td_fairq_accum on non-idle threads just
879      * in case a thread never gets a tick due to being in a continuous
880      * critical section.  The page-zeroing code does this, for example.
881      *
882      * If the thread we came up with is a higher or equal priority verses
883      * the thread at the head of the queue we move our thread to the
884      * front.  This way we can always check the front of the queue.
885      *
886      * Clear gd_idle_repeat when doing a normal switch to a non-idle
887      * thread.
888      */
889     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
890     --ntd->td_fairq_accum;
891     ntd->td_wmesg = NULL;
892     xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
893     if (ntd != xtd && ntd->td_pri >= xtd->td_pri) {
894         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
895         TAILQ_INSERT_HEAD(&gd->gd_tdrunq, ntd, td_threadq);
896     }
897     gd->gd_idle_repeat = 0;
898
899 havethread_preempted:
900     /*
901      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
902      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
903      * already acquired it for the target.
904      */
905     ;
906 haveidle:
907     KASSERT(ntd->td_critcount,
908             ("priority problem in lwkt_switch %d %d",
909             td->td_critcount, ntd->td_critcount));
910
911     if (td != ntd) {
912         ++switch_count;
913         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
914         td->td_switch(ntd);
915     }
916     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
917     crit_exit_quick(td);
918 }
919
920 /*
921  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
922  * only works under a specific set of conditions:
923  *
924  *      - We are not preempting ourselves
925  *      - The target thread is owned by the current cpu
926  *      - We are not currently being preempted
927  *      - The target is not currently being preempted
928  *      - We are not holding any spin locks
929  *      - The target thread is not holding any tokens
930  *      - We are able to satisfy the target's MP lock requirements (if any).
931  *
932  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
933  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
934  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
935  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
936  * priority of lwkt_schedule() itself).
937  *
938  * XXX at the moment we run the target thread in a critical section during
939  * the preemption in order to prevent the target from taking interrupts
940  * that *WE* can't.  Preemption is strictly limited to interrupt threads
941  * and interrupt-like threads, outside of a critical section, and the
942  * preempted source thread will be resumed the instant the target blocks
943  * whether or not the source is scheduled (i.e. preemption is supposed to
944  * be as transparent as possible).
945  */
946 void
947 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
948 {
949     struct globaldata *gd = mycpu;
950     thread_t td;
951     int save_gd_intr_nesting_level;
952
953     /*
954      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
955      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
956      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
957      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
958      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
959      *
960      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
961      * inherit our critical section?  I dunno yet).
962      *
963      * Set need_lwkt_resched() unconditionally for now YYY.
964      */
965     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
966
967     if (preempt_enable == 0) {
968         ++preempt_miss;
969         return;
970     }
971
972     td = gd->gd_curthread;
973     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
974         ++preempt_miss;
975         return;
976     }
977     if (td->td_critcount > critcount) {
978         ++preempt_miss;
979         need_lwkt_resched();
980         return;
981     }
982 #ifdef SMP
983     if (ntd->td_gd != gd) {
984         ++preempt_miss;
985         need_lwkt_resched();
986         return;
987     }
988 #endif
989     /*
990      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
991      * td_critcount.
992      *
993      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
994      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
995      * is no need to support it.
996      */
997     KKASSERT(gd->gd_spinlocks_wr == 0);
998
999     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
1000         ++preempt_miss;
1001         need_lwkt_resched();
1002         return;
1003     }
1004     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1005         ++preempt_weird;
1006         need_lwkt_resched();
1007         return;
1008     }
1009     if (ntd->td_preempted) {
1010         ++preempt_hit;
1011         need_lwkt_resched();
1012         return;
1013     }
1014
1015     /*
1016      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
1017      * call need_lwkt_resched().
1018      *
1019      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
1020      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
1021      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
1022      */
1023     ++preempt_hit;
1024     ntd->td_preempted = td;
1025     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1026     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1027     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1028     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1029     td->td_switch(ntd);
1030     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1031
1032     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1033     ntd->td_preempted = NULL;
1034     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1035 }
1036
1037 /*
1038  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1039  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1040  * section.
1041  *
1042  * (self contained on a per cpu basis)
1043  */
1044 void
1045 splz_check(void)
1046 {
1047     globaldata_t gd = mycpu;
1048     thread_t td = gd->gd_curthread;
1049
1050     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1051         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1052         td->td_nest_count < 2)
1053     {
1054         splz();
1055     }
1056 }
1057
1058 /*
1059  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1060  * been tested but td_critcount has not.
1061  *
1062  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1063  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1064  */
1065 void
1066 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1067 {
1068     globaldata_t gd = td->td_gd;
1069
1070     if (td->td_critcount == 0 &&
1071         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1072         td->td_nest_count < 2)
1073     {
1074         splz();
1075     }
1076 }
1077
1078 /*
1079  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1080  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1081  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1082  * (curthread) continues running in the released state.
1083  */
1084 void
1085 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1086 {
1087     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1088
1089     td->td_release = NULL;
1090     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1091     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1092 }
1093
1094
1095 /*
1096  * This implements a normal yield.  This routine is virtually a nop if
1097  * there is nothing to yield to but it will always run any pending interrupts
1098  * if called from a critical section.
1099  *
1100  * This yield is designed for kernel threads without a user context.
1101  *
1102  * (self contained on a per cpu basis)
1103  */
1104 void
1105 lwkt_yield(void)
1106 {
1107     globaldata_t gd = mycpu;
1108     thread_t td = gd->gd_curthread;
1109     thread_t xtd;
1110
1111     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1112         splz();
1113     if (td->td_fairq_accum < 0) {
1114         lwkt_schedule_self(curthread);
1115         lwkt_switch();
1116     } else {
1117         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
1118         if (xtd && xtd->td_pri > td->td_pri) {
1119             lwkt_schedule_self(curthread);
1120             lwkt_switch();
1121         }
1122     }
1123 }
1124
1125 /*
1126  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1127  *
1128  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1129  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1130  * switch to other processes by releasing.
1131  *
1132  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1133  * if no yield is determined to be needed.
1134  */
1135 void
1136 lwkt_user_yield(void)
1137 {
1138     globaldata_t gd = mycpu;
1139     thread_t td = gd->gd_curthread;
1140
1141     /*
1142      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1143      * section.
1144      */
1145     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1146         splz();
1147
1148     /*
1149      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1150      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1151      * quantum has run out.
1152      */
1153     if (lwkt_resched_wanted() ||
1154         user_resched_wanted() ||
1155         td->td_fairq_accum < 0)
1156     {
1157         lwkt_switch();
1158     }
1159
1160 #if 0
1161     /*
1162      * Reacquire the current process if we are released.
1163      *
1164      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1165      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1166      */
1167     if (td->td_release == NULL && lp) {
1168         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1169         td->td_release = lwkt_passive_release;
1170         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1171     }
1172 #endif
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1177  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1178  *
1179  * We have a little helper inline function which does additional work after
1180  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1181  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1182  * to userland until it has processed higher priority threads).
1183  *
1184  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1185  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1186  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1187  *
1188  * reschedok is an optimized constant propagated from lwkt_schedule() or
1189  * lwkt_schedule_noresched().  By default it is non-zero, causing a
1190  * reschedule to be requested if the target thread has a higher priority.
1191  * The port messaging code will set MSG_NORESCHED and cause reschedok to
1192  * be 0, prevented undesired reschedules.
1193  */
1194 static __inline
1195 void
1196 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount, int reschedok)
1197 {
1198     thread_t otd;
1199
1200     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1201         if (ntd->td_preemptable && reschedok) {
1202             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1203         } else if (reschedok) {
1204             otd = curthread;
1205             if (ntd->td_pri > otd->td_pri)
1206                 need_lwkt_resched();
1207         }
1208
1209         /*
1210          * Give the thread a little fair share scheduler bump if it
1211          * has been asleep for a while.  This is primarily to avoid
1212          * a degenerate case for interrupt threads where accumulator
1213          * crosses into negative territory unnecessarily.
1214          */
1215         if (ntd->td_fairq_lticks != ticks) {
1216             ntd->td_fairq_lticks = ticks;
1217             ntd->td_fairq_accum += gd->gd_fairq_total_pri;
1218             if (ntd->td_fairq_accum > TDFAIRQ_MAX(gd))
1219                     ntd->td_fairq_accum = TDFAIRQ_MAX(gd);
1220         }
1221     }
1222 }
1223
1224 static __inline
1225 void
1226 _lwkt_schedule(thread_t td, int reschedok)
1227 {
1228     globaldata_t mygd = mycpu;
1229
1230     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1231             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1232     crit_enter_gd(mygd);
1233     KKASSERT(td->td_lwp == NULL || (td->td_lwp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1234     if (td == mygd->gd_curthread) {
1235         _lwkt_enqueue(td);
1236     } else {
1237         /*
1238          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1239          * critical section).  If we do not own the thread there might
1240          * be a race but the target cpu will deal with it.
1241          */
1242 #ifdef SMP
1243         if (td->td_gd == mygd) {
1244             _lwkt_enqueue(td);
1245             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1, reschedok);
1246         } else {
1247             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1248         }
1249 #else
1250         _lwkt_enqueue(td);
1251         _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1, reschedok);
1252 #endif
1253     }
1254     crit_exit_gd(mygd);
1255 }
1256
1257 void
1258 lwkt_schedule(thread_t td)
1259 {
1260     _lwkt_schedule(td, 1);
1261 }
1262
1263 void
1264 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)
1265 {
1266     _lwkt_schedule(td, 0);
1267 }
1268
1269 #ifdef SMP
1270
1271 /*
1272  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1273  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1274  *
1275  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1276  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1277  */
1278 static void
1279 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1280 {
1281     thread_t td = curthread;
1282     thread_t ntd = arg;
1283
1284     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1285         crit_exit_noyield(td);
1286         _lwkt_schedule(ntd, 1);
1287         crit_enter_quick(td);
1288     } else {
1289         _lwkt_schedule(ntd, 1);
1290     }
1291 }
1292
1293 /*
1294  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1295  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1296  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1297  *
1298  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1299  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1300  *
1301  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1302  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1303  *
1304  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1305  */
1306 void
1307 lwkt_giveaway(thread_t td)
1308 {
1309     globaldata_t gd = mycpu;
1310
1311     crit_enter_gd(gd);
1312     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1313         tsleep_remove(td);
1314     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1315     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1316     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1317     crit_exit_gd(gd);
1318 }
1319
1320 void
1321 lwkt_acquire(thread_t td)
1322 {
1323     globaldata_t gd;
1324     globaldata_t mygd;
1325
1326     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1327     gd = td->td_gd;
1328     mygd = mycpu;
1329     if (gd != mycpu) {
1330         cpu_lfence();
1331         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1332         crit_enter_gd(mygd);
1333         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1334 #ifdef SMP
1335             lwkt_process_ipiq();
1336 #endif
1337             cpu_lfence();
1338         }
1339         cpu_mfence();
1340         td->td_gd = mygd;
1341         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1342         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1343         crit_exit_gd(mygd);
1344     } else {
1345         crit_enter_gd(mygd);
1346         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1347         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1348         crit_exit_gd(mygd);
1349     }
1350 }
1351
1352 #endif
1353
1354 /*
1355  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1356  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1357  * asynchronous.  
1358  *
1359  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1360  */
1361 void
1362 lwkt_deschedule(thread_t td)
1363 {
1364     crit_enter();
1365 #ifdef SMP
1366     if (td == curthread) {
1367         _lwkt_dequeue(td);
1368     } else {
1369         if (td->td_gd == mycpu) {
1370             _lwkt_dequeue(td);
1371         } else {
1372             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1373         }
1374     }
1375 #else
1376     _lwkt_dequeue(td);
1377 #endif
1378     crit_exit();
1379 }
1380
1381 /*
1382  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1383  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1384  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1385  */
1386 void
1387 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1388 {
1389     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1390     if (td->td_pri != pri) {
1391         KKASSERT(pri >= 0);
1392         crit_enter();
1393         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1394             _lwkt_dequeue(td);
1395             td->td_pri = pri;
1396             _lwkt_enqueue(td);
1397         } else {
1398             td->td_pri = pri;
1399         }
1400         crit_exit();
1401     }
1402 }
1403
1404 /*
1405  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1406  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1407  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1408  * cpu.
1409  *
1410  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1411  * and before the thread is initially scheduled.
1412  */
1413 void
1414 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1415 {
1416     KKASSERT(pri >= 0);
1417     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1418     td->td_pri = pri;
1419 }
1420
1421 void
1422 lwkt_setpri_self(int pri)
1423 {
1424     thread_t td = curthread;
1425
1426     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1427     crit_enter();
1428     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1429         _lwkt_dequeue(td);
1430         td->td_pri = pri;
1431         _lwkt_enqueue(td);
1432     } else {
1433         td->td_pri = pri;
1434     }
1435     crit_exit();
1436 }
1437
1438 /*
1439  * 1/hz tick (typically 10ms) x TDFAIRQ_SCALE (typ 8) = 80ms full cycle.
1440  *
1441  * Example: two competing threads, same priority N.  decrement by (2*N)
1442  * increment by N*8, each thread will get 4 ticks.
1443  */
1444 void
1445 lwkt_fairq_schedulerclock(thread_t td)
1446 {
1447     globaldata_t gd;
1448
1449     if (fairq_enable) {
1450         while (td) {
1451             gd = td->td_gd;
1452             if (td != &gd->gd_idlethread) {
1453                 td->td_fairq_accum -= gd->gd_fairq_total_pri;
1454                 if (td->td_fairq_accum < -TDFAIRQ_MAX(gd))
1455                         td->td_fairq_accum = -TDFAIRQ_MAX(gd);
1456                 if (td->td_fairq_accum < 0)
1457                         need_lwkt_resched();
1458                 td->td_fairq_lticks = ticks;
1459             }
1460             td = td->td_preempted;
1461         }
1462     }
1463 }
1464
1465 static void
1466 lwkt_fairq_accumulate(globaldata_t gd, thread_t td)
1467 {
1468         td->td_fairq_accum += td->td_pri * TDFAIRQ_SCALE;
1469         if (td->td_fairq_accum > TDFAIRQ_MAX(td->td_gd))
1470                 td->td_fairq_accum = TDFAIRQ_MAX(td->td_gd);
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1475  *
1476  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu,
1477  * moving our thread to the tdallq of the target cpu, IPI messaging the
1478  * target cpu, and switching out.  TDF_MIGRATING prevents scheduling
1479  * races while the thread is being migrated.
1480  *
1481  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1482  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1483  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1484  */
1485 #ifdef SMP
1486 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
1487 #endif
1488
1489 void
1490 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1491 {
1492 #ifdef SMP
1493     thread_t td = curthread;
1494
1495     if (td->td_gd != rgd) {
1496         crit_enter_quick(td);
1497         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1498             tsleep_remove(td);
1499         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1500         lwkt_deschedule_self(td);
1501         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1502         lwkt_send_ipiq(rgd, (ipifunc1_t)lwkt_setcpu_remote, td);
1503         lwkt_switch();
1504         /* we are now on the target cpu */
1505         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1506         crit_exit_quick(td);
1507     }
1508 #endif
1509 }
1510
1511 void
1512 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1513 {
1514 #ifdef SMP
1515         globaldata_t rgd;
1516
1517         rgd = globaldata_find(cpuid);
1518         lwkt_setcpu_self(rgd);
1519 #endif
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1524  * do not have to enter another one).  The thread has already been moved to
1525  * our cpu's allq, but we must wait for the thread to be completely switched
1526  * out on the originating cpu before we schedule it on ours or the stack
1527  * state may be corrupt.  We clear TDF_MIGRATING after flushing the GD
1528  * change to main memory.
1529  *
1530  * XXX The use of TDF_MIGRATING might not be sufficient to avoid races
1531  * against wakeups.  It is best if this interface is used only when there
1532  * are no pending events that might try to schedule the thread.
1533  */
1534 #ifdef SMP
1535 static void
1536 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1537 {
1538     thread_t td = arg;
1539     globaldata_t gd = mycpu;
1540
1541     while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1542 #ifdef SMP
1543         lwkt_process_ipiq();
1544 #endif
1545         cpu_lfence();
1546         cpu_pause();
1547     }
1548     td->td_gd = gd;
1549     cpu_mfence();
1550     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1551     KKASSERT(td->td_lwp == NULL || (td->td_lwp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1552     _lwkt_enqueue(td);
1553 }
1554 #endif
1555
1556 struct lwp *
1557 lwkt_preempted_proc(void)
1558 {
1559     thread_t td = curthread;
1560     while (td->td_preempted)
1561         td = td->td_preempted;
1562     return(td->td_lwp);
1563 }
1564
1565 /*
1566  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1567  * with proc0 - ie: kernel only.
1568  *
1569  * NOTE!  By default new threads are created with the MP lock held.  A 
1570  * thread which does not require the MP lock should release it by calling
1571  * rel_mplock() at the start of the new thread.
1572  */
1573 int
1574 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1575             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1576 {
1577     thread_t td;
1578     __va_list ap;
1579
1580     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1581                            tdflags);
1582     if (tdp)
1583         *tdp = td;
1584     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1585
1586     /*
1587      * Set up arg0 for 'ps' etc
1588      */
1589     __va_start(ap, fmt);
1590     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1591     __va_end(ap);
1592
1593     /*
1594      * Schedule the thread to run
1595      */
1596     if ((td->td_flags & TDF_STOPREQ) == 0)
1597         lwkt_schedule(td);
1598     else
1599         td->td_flags &= ~TDF_STOPREQ;
1600     return 0;
1601 }
1602
1603 /*
1604  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1605  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1606  * uses a different reaping mechanism.
1607  */
1608 void
1609 lwkt_exit(void)
1610 {
1611     thread_t td = curthread;
1612     thread_t std;
1613     globaldata_t gd;
1614
1615     /*
1616      * Do any cleanup that might block here
1617      */
1618     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1619         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1620     caps_exit(td);
1621     biosched_done(td);
1622     dsched_exit_thread(td);
1623
1624     /*
1625      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1626      * until we can get it freed.
1627      *
1628      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1629      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1630      */
1631     gd = mycpu;
1632     crit_enter_quick(td);
1633     while ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1634         KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1635         gd->gd_freetd = NULL;
1636         objcache_put(thread_cache, std);
1637     }
1638
1639     /*
1640      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1641      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1642      * up with a stale td on the tsleepq.
1643      */
1644     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1645         tsleep_remove(td);
1646     lwkt_deschedule_self(td);
1647     lwkt_remove_tdallq(td);
1648     KKASSERT(td->td_refs == 0);
1649
1650     /*
1651      * Final cleanup
1652      */
1653     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1654     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1655         gd->gd_freetd = td;
1656     cpu_thread_exit();
1657 }
1658
1659 void
1660 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1661 {
1662     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1663     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1664 }
1665
1666 /*
1667  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1668  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1669  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1670  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1671  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1672  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1673  * procedure instead of duplicating it.
1674  *
1675  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1676  * smaller code size.
1677  */
1678 void
1679 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1680 {
1681     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1682 }
1683
1684 void
1685 crit_panic(void)
1686 {
1687     thread_t td = curthread;
1688     int lcrit = td->td_critcount;
1689
1690     td->td_critcount = 0;
1691     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1692     /* NOT REACHED */
1693 }
1694
1695 #ifdef SMP
1696
1697 /*
1698  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1699  * process the IPIQ while stopped, even if we were stopped while in a critical
1700  * section (XXX).
1701  *
1702  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1703  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1704  * stopped.
1705  */
1706 void
1707 lwkt_smp_stopped(void)
1708 {
1709     globaldata_t gd = mycpu;
1710
1711     crit_enter_gd(gd);
1712     if (dumping) {
1713         lwkt_process_ipiq();
1714         splz();
1715     } else {
1716         lwkt_process_ipiq();
1717     }
1718     crit_exit_gd(gd);
1719 }
1720
1721 #endif