sys/kern/kern_synch.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1982, 1986, 1990, 1991, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   4  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   5  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   6  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   7  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   8  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  19  *    must display the following acknowledgement:
  20  *      This product includes software developed by the University of
  21  *      California, Berkeley and its contributors.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  *
  38  *      @(#)kern_synch.c        8.9 (Berkeley) 5/19/95
  39  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_synch.c,v 1.87.2.6 2002/10/13 07:29:53 kbyanc Exp $
  40  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_synch.c,v 1.2 2003/06/17 04:28:41 dillon Exp $
  41  */
  42
  43 #include "opt_ktrace.h"
  44
  45 #include <sys/param.h>
  46 #include <sys/systm.h>
  47 #include <sys/proc.h>
  48 #include <sys/kernel.h>
  49 #include <sys/signalvar.h>
  50 #include <sys/resourcevar.h>
  51 #include <sys/vmmeter.h>
  52 #include <sys/sysctl.h>
  53 #ifdef KTRACE
  54 #include <sys/uio.h>
  55 #include <sys/ktrace.h>
  56 #endif
  57
  58 #include <machine/cpu.h>
  59 #include <machine/ipl.h>
  60 #include <machine/smp.h>
  61
  62 static void sched_setup __P((void *dummy));
  63 SYSINIT(sched_setup, SI_SUB_KICK_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, sched_setup, NULL)
  64
  65 u_char  curpriority;
  66 int     hogticks;
  67 int     lbolt;
  68 int     sched_quantum;          /* Roundrobin scheduling quantum in ticks. */
  69
  70 static struct callout loadav_callout;
  71
  72 struct loadavg averunnable =
  73         { {0, 0, 0}, FSCALE };  /* load average, of runnable procs */
  74 /*
  75  * Constants for averages over 1, 5, and 15 minutes
  76  * when sampling at 5 second intervals.
  77  */
  78 static fixpt_t cexp[3] = {
  79         0.9200444146293232 * FSCALE,    /* exp(-1/12) */
  80         0.9834714538216174 * FSCALE,    /* exp(-1/60) */
  81         0.9944598480048967 * FSCALE,    /* exp(-1/180) */
  82 };
  83
  84 static int      curpriority_cmp __P((struct proc *p));
  85 static void     endtsleep __P((void *));
  86 static void     loadav __P((void *arg));
  87 static void     maybe_resched __P((struct proc *chk));
  88 static void     roundrobin __P((void *arg));
  89 static void     schedcpu __P((void *arg));
  90 static void     updatepri __P((struct proc *p));
  91
  92 static int
  93 sysctl_kern_quantum(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
  94 {
  95         int error, new_val;
  96
  97         new_val = sched_quantum * tick;
  98         error = sysctl_handle_int(oidp, &new_val, 0, req);
  99         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
 100                 return (error);
 101         if (new_val < tick)
 102                 return (EINVAL);
 103         sched_quantum = new_val / tick;
 104         hogticks = 2 * sched_quantum;
 105         return (0);
 106 }
 107
 108 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, quantum, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW,
 109         0, sizeof sched_quantum, sysctl_kern_quantum, "I", "");
 110
 111 /*-
 112  * Compare priorities.  Return:
 113  *     <0: priority of p < current priority
 114  *      0: priority of p == current priority
 115  *     >0: priority of p > current priority
 116  * The priorities are the normal priorities or the normal realtime priorities
 117  * if p is on the same scheduler as curproc.  Otherwise the process on the
 118  * more realtimeish scheduler has lowest priority.  As usual, a higher
 119  * priority really means a lower priority.
 120  */
 121 static int
 122 curpriority_cmp(p)
 123         struct proc *p;
 124 {
 125         int c_class, p_class;
 126
 127         c_class = RTP_PRIO_BASE(curproc->p_rtprio.type);
 128         p_class = RTP_PRIO_BASE(p->p_rtprio.type);
 129         if (p_class != c_class)
 130                 return (p_class - c_class);
 131         if (p_class == RTP_PRIO_NORMAL)
 132                 return (((int)p->p_priority - (int)curpriority) / PPQ);
 133         return ((int)p->p_rtprio.prio - (int)curproc->p_rtprio.prio);
 134 }
 135
 136 /*
 137  * Arrange to reschedule if necessary, taking the priorities and
 138  * schedulers into account.
 139  */
 140 static void
 141 maybe_resched(chk)
 142         struct proc *chk;
 143 {
 144         struct proc *p = curproc; /* XXX */
 145
 146         /*
 147          * XXX idle scheduler still broken because proccess stays on idle
 148          * scheduler during waits (such as when getting FS locks).  If a
 149          * standard process becomes runaway cpu-bound, the system can lockup
 150          * due to idle-scheduler processes in wakeup never getting any cpu.
 151          */
 152         if (p == NULL) {
 153 #if 0
 154                 need_resched();
 155 #endif
 156         } else if (chk == p) {
 157                 /* We may need to yield if our priority has been raised. */
 158                 if (curpriority_cmp(chk) > 0)
 159                         need_resched();
 160         } else if (curpriority_cmp(chk) < 0)
 161                 need_resched();
 162 }
 163
 164 int
 165 roundrobin_interval(void)
 166 {
 167         return (sched_quantum);
 168 }
 169
 170 /*
 171  * Force switch among equal priority processes every 100ms.
 172  */
 173 /* ARGSUSED */
 174 static void
 175 roundrobin(arg)
 176         void *arg;
 177 {
 178 #ifndef SMP
 179         struct proc *p = curproc; /* XXX */
 180 #endif
 181
 182 #ifdef SMP
 183         need_resched();
 184         forward_roundrobin();
 185 #else
 186         if (p == 0 || RTP_PRIO_NEED_RR(p->p_rtprio.type))
 187                 need_resched();
 188 #endif
 189
 190         timeout(roundrobin, NULL, sched_quantum);
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Constants for digital decay and forget:
 195  *      90% of (p_estcpu) usage in 5 * loadav time
 196  *      95% of (p_pctcpu) usage in 60 seconds (load insensitive)
 197  *          Note that, as ps(1) mentions, this can let percentages
 198  *          total over 100% (I've seen 137.9% for 3 processes).
 199  *
 200  * Note that schedclock() updates p_estcpu and p_cpticks asynchronously.
 201  *
 202  * We wish to decay away 90% of p_estcpu in (5 * loadavg) seconds.
 203  * That is, the system wants to compute a value of decay such
 204  * that the following for loop:
 205  *      for (i = 0; i < (5 * loadavg); i++)
 206  *              p_estcpu *= decay;
 207  * will compute
 208  *      p_estcpu *= 0.1;
 209  * for all values of loadavg:
 210  *
 211  * Mathematically this loop can be expressed by saying:
 212  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 213  *
 214  * The system computes decay as:
 215  *      decay = (2 * loadavg) / (2 * loadavg + 1)
 216  *
 217  * We wish to prove that the system's computation of decay
 218  * will always fulfill the equation:
 219  *      decay ** (5 * loadavg) ~= .1
 220  *
 221  * If we compute b as:
 222  *      b = 2 * loadavg
 223  * then
 224  *      decay = b / (b + 1)
 225  *
 226  * We now need to prove two things:
 227  *      1) Given factor ** (5 * loadavg) ~= .1, prove factor == b/(b+1)
 228  *      2) Given b/(b+1) ** power ~= .1, prove power == (5 * loadavg)
 229  *
 230  * Facts:
 231  *         For x close to zero, exp(x) =~ 1 + x, since
 232  *              exp(x) = 0! + x**1/1! + x**2/2! + ... .
 233  *              therefore exp(-1/b) =~ 1 - (1/b) = (b-1)/b.
 234  *         For x close to zero, ln(1+x) =~ x, since
 235  *              ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3/3 - ...     -1 < x < 1
 236  *              therefore ln(b/(b+1)) = ln(1 - 1/(b+1)) =~ -1/(b+1).
 237  *         ln(.1) =~ -2.30
 238  *
 239  * Proof of (1):
 240  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given power (5*loadav):
 241  *      solving for factor,
 242  *      ln(factor) =~ (-2.30/5*loadav), or
 243  *      factor =~ exp(-1/((5/2.30)*loadav)) =~ exp(-1/(2*loadav)) =
 244  *          exp(-1/b) =~ (b-1)/b =~ b/(b+1).                    QED
 245  *
 246  * Proof of (2):
 247  *    Solve (factor)**(power) =~ .1 given factor == (b/(b+1)):
 248  *      solving for power,
 249  *      power*ln(b/(b+1)) =~ -2.30, or
 250  *      power =~ 2.3 * (b + 1) = 4.6*loadav + 2.3 =~ 5*loadav.  QED
 251  *
 252  * Actual power values for the implemented algorithm are as follows:
 253  *      loadav: 1       2       3       4
 254  *      power:  5.68    10.32   14.94   19.55
 255  */
 256
 257 /* calculations for digital decay to forget 90% of usage in 5*loadav sec */
 258 #define loadfactor(loadav)      (2 * (loadav))
 259 #define decay_cpu(loadfac, cpu) (((loadfac) * (cpu)) / ((loadfac) + FSCALE))
 260
 261 /* decay 95% of `p_pctcpu' in 60 seconds; see CCPU_SHIFT before changing */
 262 static fixpt_t  ccpu = 0.95122942450071400909 * FSCALE; /* exp(-1/20) */
 263 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, ccpu, CTLFLAG_RD, &ccpu, 0, "");
 264
 265 /* kernel uses `FSCALE', userland (SHOULD) use kern.fscale */
 266 static int      fscale __unused = FSCALE;
 267 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, fscale, CTLFLAG_RD, 0, FSCALE, "");
 268
 269 /*
 270  * If `ccpu' is not equal to `exp(-1/20)' and you still want to use the
 271  * faster/more-accurate formula, you'll have to estimate CCPU_SHIFT below
 272  * and possibly adjust FSHIFT in "param.h" so that (FSHIFT >= CCPU_SHIFT).
 273  *
 274  * To estimate CCPU_SHIFT for exp(-1/20), the following formula was used:
 275  *      1 - exp(-1/20) ~= 0.0487 ~= 0.0488 == 1 (fixed pt, *11* bits).
 276  *
 277  * If you don't want to bother with the faster/more-accurate formula, you
 278  * can set CCPU_SHIFT to (FSHIFT + 1) which will use a slower/less-accurate
 279  * (more general) method of calculating the %age of CPU used by a process.
 280  */
 281 #define CCPU_SHIFT      11
 282
 283 /*
 284  * Recompute process priorities, every hz ticks.
 285  */
 286 /* ARGSUSED */
 287 static void
 288 schedcpu(arg)
 289         void *arg;
 290 {
 291         register fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 292         register struct proc *p;
 293         register int realstathz, s;
 294
 295         realstathz = stathz ? stathz : hz;
 296         LIST_FOREACH(p, &allproc, p_list) {
 297                 /*
 298                  * Increment time in/out of memory and sleep time
 299                  * (if sleeping).  We ignore overflow; with 16-bit int's
 300                  * (remember them?) overflow takes 45 days.
 301                  */
 302                 p->p_swtime++;
 303                 if (p->p_stat == SSLEEP || p->p_stat == SSTOP)
 304                         p->p_slptime++;
 305                 p->p_pctcpu = (p->p_pctcpu * ccpu) >> FSHIFT;
 306                 /*
 307                  * If the process has slept the entire second,
 308                  * stop recalculating its priority until it wakes up.
 309                  */
 310                 if (p->p_slptime > 1)
 311                         continue;
 312                 s = splhigh();  /* prevent state changes and protect run queue */
 313                 /*
 314                  * p_pctcpu is only for ps.
 315                  */
 316 #if     (FSHIFT >= CCPU_SHIFT)
 317                 p->p_pctcpu += (realstathz == 100)?
 318                         ((fixpt_t) p->p_cpticks) << (FSHIFT - CCPU_SHIFT):
 319                         100 * (((fixpt_t) p->p_cpticks)
 320                                 << (FSHIFT - CCPU_SHIFT)) / realstathz;
 321 #else
 322                 p->p_pctcpu += ((FSCALE - ccpu) *
 323                         (p->p_cpticks * FSCALE / realstathz)) >> FSHIFT;
 324 #endif
 325                 p->p_cpticks = 0;
 326                 p->p_estcpu = decay_cpu(loadfac, p->p_estcpu);
 327                 resetpriority(p);
 328                 if (p->p_priority >= PUSER) {
 329                         if ((p != curproc) &&
 330 #ifdef SMP
 331                             p->p_oncpu == 0xff &&       /* idle */
 332 #endif
 333                             p->p_stat == SRUN &&
 334                             (p->p_flag & P_INMEM) &&
 335                             (p->p_priority / PPQ) != (p->p_usrpri / PPQ)) {
 336                                 remrunqueue(p);
 337                                 p->p_priority = p->p_usrpri;
 338                                 setrunqueue(p);
 339                         } else
 340                                 p->p_priority = p->p_usrpri;
 341                 }
 342                 splx(s);
 343         }
 344         wakeup((caddr_t)&lbolt);
 345         timeout(schedcpu, (void *)0, hz);
 346 }
 347
 348 /*
 349  * Recalculate the priority of a process after it has slept for a while.
 350  * For all load averages >= 1 and max p_estcpu of 255, sleeping for at
 351  * least six times the loadfactor will decay p_estcpu to zero.
 352  */
 353 static void
 354 updatepri(p)
 355         register struct proc *p;
 356 {
 357         register unsigned int newcpu = p->p_estcpu;
 358         register fixpt_t loadfac = loadfactor(averunnable.ldavg[0]);
 359
 360         if (p->p_slptime > 5 * loadfac)
 361                 p->p_estcpu = 0;
 362         else {
 363                 p->p_slptime--; /* the first time was done in schedcpu */
 364                 while (newcpu && --p->p_slptime)
 365                         newcpu = decay_cpu(loadfac, newcpu);
 366                 p->p_estcpu = newcpu;
 367         }
 368         resetpriority(p);
 369 }
 370
 371 /*
 372  * We're only looking at 7 bits of the address; everything is
 373  * aligned to 4, lots of things are aligned to greater powers
 374  * of 2.  Shift right by 8, i.e. drop the bottom 256 worth.
 375  */
 376 #define TABLESIZE       128
 377 static TAILQ_HEAD(slpquehead, proc) slpque[TABLESIZE];
 378 #define LOOKUP(x)       (((intptr_t)(x) >> 8) & (TABLESIZE - 1))
 379
 380 /*
 381  * During autoconfiguration or after a panic, a sleep will simply
 382  * lower the priority briefly to allow interrupts, then return.
 383  * The priority to be used (safepri) is machine-dependent, thus this
 384  * value is initialized and maintained in the machine-dependent layers.
 385  * This priority will typically be 0, or the lowest priority
 386  * that is safe for use on the interrupt stack; it can be made
 387  * higher to block network software interrupts after panics.
 388  */
 389 int safepri;
 390
 391 void
 392 sleepinit(void)
 393 {
 394         int i;
 395
 396         sched_quantum = hz/10;
 397         hogticks = 2 * sched_quantum;
 398         for (i = 0; i < TABLESIZE; i++)
 399                 TAILQ_INIT(&slpque[i]);
 400 }
 401
 402 /*
 403  * General sleep call.  Suspends the current process until a wakeup is
 404  * performed on the specified identifier.  The process will then be made
 405  * runnable with the specified priority.  Sleeps at most timo/hz seconds
 406  * (0 means no timeout).  If pri includes PCATCH flag, signals are checked
 407  * before and after sleeping, else signals are not checked.  Returns 0 if
 408  * awakened, EWOULDBLOCK if the timeout expires.  If PCATCH is set and a
 409  * signal needs to be delivered, ERESTART is returned if the current system
 410  * call should be restarted if possible, and EINTR is returned if the system
 411  * call should be interrupted by the signal (return EINTR).
 412  */
 413 int
 414 tsleep(ident, priority, wmesg, timo)
 415         void *ident;
 416         int priority, timo;
 417         const char *wmesg;
 418 {
 419         struct proc *p = curproc;
 420         int s, sig, catch = priority & PCATCH;
 421         struct callout_handle thandle;
 422
 423 #ifdef KTRACE
 424         if (p && KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 425                 ktrcsw(p->p_tracep, 1, 0);
 426 #endif
 427         s = splhigh();
 428         if (cold || panicstr) {
 429                 /*
 430                  * After a panic, or during autoconfiguration,
 431                  * just give interrupts a chance, then just return;
 432                  * don't run any other procs or panic below,
 433                  * in case this is the idle process and already asleep.
 434                  */
 435                 splx(safepri);
 436                 splx(s);
 437                 return (0);
 438         }
 439         KASSERT(p != NULL, ("tsleep1"));
 440         KASSERT(ident != NULL && p->p_stat == SRUN, ("tsleep"));
 441         /*
 442          * Process may be sitting on a slpque if asleep() was called, remove
 443          * it before re-adding.
 444          */
 445         if (p->p_wchan != NULL)
 446                 unsleep(p);
 447
 448         p->p_wchan = ident;
 449         p->p_wmesg = wmesg;
 450         p->p_slptime = 0;
 451         p->p_priority = priority & PRIMASK;
 452         TAILQ_INSERT_TAIL(&slpque[LOOKUP(ident)], p, p_procq);
 453         if (timo)
 454                 thandle = timeout(endtsleep, (void *)p, timo);
 455         /*
 456          * We put ourselves on the sleep queue and start our timeout
 457          * before calling CURSIG, as we could stop there, and a wakeup
 458          * or a SIGCONT (or both) could occur while we were stopped.
 459          * A SIGCONT would cause us to be marked as SSLEEP
 460          * without resuming us, thus we must be ready for sleep
 461          * when CURSIG is called.  If the wakeup happens while we're
 462          * stopped, p->p_wchan will be 0 upon return from CURSIG.
 463          */
 464         if (catch) {
 465                 p->p_flag |= P_SINTR;
 466                 if ((sig = CURSIG(p))) {
 467                         if (p->p_wchan)
 468                                 unsleep(p);
 469                         p->p_stat = SRUN;
 470                         goto resume;
 471                 }
 472                 if (p->p_wchan == 0) {
 473                         catch = 0;
 474                         goto resume;
 475                 }
 476         } else
 477                 sig = 0;
 478         p->p_stat = SSLEEP;
 479         p->p_stats->p_ru.ru_nvcsw++;
 480         mi_switch();
 481 resume:
 482         curpriority = p->p_usrpri;
 483         splx(s);
 484         p->p_flag &= ~P_SINTR;
 485         if (p->p_flag & P_TIMEOUT) {
 486                 p->p_flag &= ~P_TIMEOUT;
 487                 if (sig == 0) {
 488 #ifdef KTRACE
 489                         if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 490                                 ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 491 #endif
 492                         return (EWOULDBLOCK);
 493                 }
 494         } else if (timo)
 495                 untimeout(endtsleep, (void *)p, thandle);
 496         if (catch && (sig != 0 || (sig = CURSIG(p)))) {
 497 #ifdef KTRACE
 498                 if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 499                         ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 500 #endif
 501                 if (SIGISMEMBER(p->p_sigacts->ps_sigintr, sig))
 502                         return (EINTR);
 503                 return (ERESTART);
 504         }
 505 #ifdef KTRACE
 506         if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 507                 ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 508 #endif
 509         return (0);
 510 }
 511
 512 /*
 513  * asleep() - async sleep call.  Place process on wait queue and return
 514  * immediately without blocking.  The process stays runnable until await()
 515  * is called.  If ident is NULL, remove process from wait queue if it is still
 516  * on one.
 517  *
 518  * Only the most recent sleep condition is effective when making successive
 519  * calls to asleep() or when calling tsleep().
 520  *
 521  * The timeout, if any, is not initiated until await() is called.  The sleep
 522  * priority, signal, and timeout is specified in the asleep() call but may be
 523  * overriden in the await() call.
 524  *
 525  * <<<<<<<< EXPERIMENTAL, UNTESTED >>>>>>>>>>
 526  */
 527
 528 int
 529 asleep(void *ident, int priority, const char *wmesg, int timo)
 530 {
 531         struct proc *p = curproc;
 532         int s;
 533
 534         /*
 535          * splhigh() while manipulating sleep structures and slpque.
 536          *
 537          * Remove preexisting wait condition (if any) and place process
 538          * on appropriate slpque, but do not put process to sleep.
 539          */
 540
 541         s = splhigh();
 542
 543         if (p->p_wchan != NULL)
 544                 unsleep(p);
 545
 546         if (ident) {
 547                 p->p_wchan = ident;
 548                 p->p_wmesg = wmesg;
 549                 p->p_slptime = 0;
 550                 p->p_asleep.as_priority = priority;
 551                 p->p_asleep.as_timo = timo;
 552                 TAILQ_INSERT_TAIL(&slpque[LOOKUP(ident)], p, p_procq);
 553         }
 554
 555         splx(s);
 556
 557         return(0);
 558 }
 559
 560 /*
 561  * await() - wait for async condition to occur.   The process blocks until
 562  * wakeup() is called on the most recent asleep() address.  If wakeup is called
 563  * priority to await(), await() winds up being a NOP.
 564  *
 565  * If await() is called more then once (without an intervening asleep() call),
 566  * await() is still effectively a NOP but it calls mi_switch() to give other
 567  * processes some cpu before returning.  The process is left runnable.
 568  *
 569  * <<<<<<<< EXPERIMENTAL, UNTESTED >>>>>>>>>>
 570  */
 571
 572 int
 573 await(int priority, int timo)
 574 {
 575         struct proc *p = curproc;
 576         int s;
 577
 578         s = splhigh();
 579
 580         if (p->p_wchan != NULL) {
 581                 struct callout_handle thandle;
 582                 int sig;
 583                 int catch;
 584
 585                 /*
 586                  * The call to await() can override defaults specified in
 587                  * the original asleep().
 588                  */
 589                 if (priority < 0)
 590                         priority = p->p_asleep.as_priority;
 591                 if (timo < 0)
 592                         timo = p->p_asleep.as_timo;
 593
 594                 /*
 595                  * Install timeout
 596                  */
 597
 598                 if (timo)
 599                         thandle = timeout(endtsleep, (void *)p, timo);
 600
 601                 sig = 0;
 602                 catch = priority & PCATCH;
 603
 604                 if (catch) {
 605                         p->p_flag |= P_SINTR;
 606                         if ((sig = CURSIG(p))) {
 607                                 if (p->p_wchan)
 608                                         unsleep(p);
 609                                 p->p_stat = SRUN;
 610                                 goto resume;
 611                         }
 612                         if (p->p_wchan == NULL) {
 613                                 catch = 0;
 614                                 goto resume;
 615                         }
 616                 }
 617                 p->p_stat = SSLEEP;
 618                 p->p_stats->p_ru.ru_nvcsw++;
 619                 mi_switch();
 620 resume:
 621                 curpriority = p->p_usrpri;
 622
 623                 splx(s);
 624                 p->p_flag &= ~P_SINTR;
 625                 if (p->p_flag & P_TIMEOUT) {
 626                         p->p_flag &= ~P_TIMEOUT;
 627                         if (sig == 0) {
 628 #ifdef KTRACE
 629                                 if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 630                                         ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 631 #endif
 632                                 return (EWOULDBLOCK);
 633                         }
 634                 } else if (timo)
 635                         untimeout(endtsleep, (void *)p, thandle);
 636                 if (catch && (sig != 0 || (sig = CURSIG(p)))) {
 637 #ifdef KTRACE
 638                         if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 639                                 ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 640 #endif
 641                         if (SIGISMEMBER(p->p_sigacts->ps_sigintr, sig))
 642                                 return (EINTR);
 643                         return (ERESTART);
 644                 }
 645 #ifdef KTRACE
 646                 if (KTRPOINT(p, KTR_CSW))
 647                         ktrcsw(p->p_tracep, 0, 0);
 648 #endif
 649         } else {
 650                 /*
 651                  * If as_priority is 0, await() has been called without an
 652                  * intervening asleep().  We are still effectively a NOP,
 653                  * but we call mi_switch() for safety.
 654                  */
 655
 656                 if (p->p_asleep.as_priority == 0) {
 657                         p->p_stats->p_ru.ru_nvcsw++;
 658                         mi_switch();
 659                 }
 660                 splx(s);
 661         }
 662
 663         /*
 664          * clear p_asleep.as_priority as an indication that await() has been
 665          * called.  If await() is called again without an intervening asleep(),
 666          * await() is still effectively a NOP but the above mi_switch() code
 667          * is triggered as a safety.
 668          */
 669         p->p_asleep.as_priority = 0;
 670
 671         return (0);
 672 }
 673
 674 /*
 675  * Implement timeout for tsleep or asleep()/await()
 676  *
 677  * If process hasn't been awakened (wchan non-zero),
 678  * set timeout flag and undo the sleep.  If proc
 679  * is stopped, just unsleep so it will remain stopped.
 680  */
 681 static void
 682 endtsleep(arg)
 683         void *arg;
 684 {
 685         register struct proc *p;
 686         int s;
 687
 688         p = (struct proc *)arg;
 689         s = splhigh();
 690         if (p->p_wchan) {
 691                 if (p->p_stat == SSLEEP)
 692                         setrunnable(p);
 693                 else
 694                         unsleep(p);
 695                 p->p_flag |= P_TIMEOUT;
 696         }
 697         splx(s);
 698 }
 699
 700 /*
 701  * Remove a process from its wait queue
 702  */
 703 void
 704 unsleep(p)
 705         register struct proc *p;
 706 {
 707         int s;
 708
 709         s = splhigh();
 710         if (p->p_wchan) {
 711                 TAILQ_REMOVE(&slpque[LOOKUP(p->p_wchan)], p, p_procq);
 712                 p->p_wchan = 0;
 713         }
 714         splx(s);
 715 }
 716
 717 /*
 718  * Make all processes sleeping on the specified identifier runnable.
 719  */
 720 void
 721 wakeup(ident)
 722         register void *ident;
 723 {
 724         register struct slpquehead *qp;
 725         register struct proc *p;
 726         struct proc *np;
 727         int s;
 728
 729         s = splhigh();
 730         qp = &slpque[LOOKUP(ident)];
 731 restart:
 732         for (p = TAILQ_FIRST(qp); p != NULL; p = np) {
 733                 np = TAILQ_NEXT(p, p_procq);
 734                 if (p->p_wchan == ident) {
 735                         TAILQ_REMOVE(qp, p, p_procq);
 736                         p->p_wchan = 0;
 737                         if (p->p_stat == SSLEEP) {
 738                                 /* OPTIMIZED EXPANSION OF setrunnable(p); */
 739                                 if (p->p_slptime > 1)
 740                                         updatepri(p);
 741                                 p->p_slptime = 0;
 742                                 p->p_stat = SRUN;
 743                                 if (p->p_flag & P_INMEM) {
 744                                         setrunqueue(p);
 745                                         maybe_resched(p);
 746                                 } else {
 747                                         p->p_flag |= P_SWAPINREQ;
 748                                         wakeup((caddr_t)&proc0);
 749                                 }
 750                                 /* END INLINE EXPANSION */
 751                                 goto restart;
 752                         }
 753                 }
 754         }
 755         splx(s);
 756 }
 757
 758 /*
 759  * Make a process sleeping on the specified identifier runnable.
 760  * May wake more than one process if a target process is currently
 761  * swapped out.
 762  */
 763 void
 764 wakeup_one(ident)
 765         register void *ident;
 766 {
 767         register struct slpquehead *qp;
 768         register struct proc *p;
 769         struct proc *np;
 770         int s;
 771
 772         s = splhigh();
 773         qp = &slpque[LOOKUP(ident)];
 774
 775 restart:
 776         for (p = TAILQ_FIRST(qp); p != NULL; p = np) {
 777                 np = TAILQ_NEXT(p, p_procq);
 778                 if (p->p_wchan == ident) {
 779                         TAILQ_REMOVE(qp, p, p_procq);
 780                         p->p_wchan = 0;
 781                         if (p->p_stat == SSLEEP) {
 782                                 /* OPTIMIZED EXPANSION OF setrunnable(p); */
 783                                 if (p->p_slptime > 1)
 784                                         updatepri(p);
 785                                 p->p_slptime = 0;
 786                                 p->p_stat = SRUN;
 787                                 if (p->p_flag & P_INMEM) {
 788                                         setrunqueue(p);
 789                                         maybe_resched(p);
 790                                         break;
 791                                 } else {
 792                                         p->p_flag |= P_SWAPINREQ;
 793                                         wakeup((caddr_t)&proc0);
 794                                 }
 795                                 /* END INLINE EXPANSION */
 796                                 goto restart;
 797                         }
 798                 }
 799         }
 800         splx(s);
 801 }
 802
 803 /*
 804  * The machine independent parts of mi_switch().
 805  * Must be called at splstatclock() or higher.
 806  */
 807 void
 808 mi_switch()
 809 {
 810         struct timeval new_switchtime;
 811         register struct proc *p = curproc;      /* XXX */
 812         register struct rlimit *rlim;
 813         int x;
 814
 815         /*
 816          * XXX this spl is almost unnecessary.  It is partly to allow for
 817          * sloppy callers that don't do it (issignal() via CURSIG() is the
 818          * main offender).  It is partly to work around a bug in the i386
 819          * cpu_switch() (the ipl is not preserved).  We ran for years
 820          * without it.  I think there was only a interrupt latency problem.
 821          * The main caller, tsleep(), does an splx() a couple of instructions
 822          * after calling here.  The buggy caller, issignal(), usually calls
 823          * here at spl0() and sometimes returns at splhigh().  The process
 824          * then runs for a little too long at splhigh().  The ipl gets fixed
 825          * when the process returns to user mode (or earlier).
 826          *
 827          * It would probably be better to always call here at spl0(). Callers
 828          * are prepared to give up control to another process, so they must
 829          * be prepared to be interrupted.  The clock stuff here may not
 830          * actually need splstatclock().
 831          */
 832         x = splstatclock();
 833
 834 #ifdef SIMPLELOCK_DEBUG
 835         if (p->p_simple_locks)
 836                 printf("sleep: holding simple lock\n");
 837 #endif
 838         /*
 839          * Compute the amount of time during which the current
 840          * process was running, and add that to its total so far.
 841          */
 842         microuptime(&new_switchtime);
 843         if (timevalcmp(&new_switchtime, &switchtime, <)) {
 844                 printf("microuptime() went backwards (%ld.%06ld -> %ld.%06ld)\n",
 845                     switchtime.tv_sec, switchtime.tv_usec,
 846                     new_switchtime.tv_sec, new_switchtime.tv_usec);
 847                 new_switchtime = switchtime;
 848         } else {
 849                 p->p_runtime += (new_switchtime.tv_usec - switchtime.tv_usec) +
 850                     (new_switchtime.tv_sec - switchtime.tv_sec) * (int64_t)1000000;
 851         }
 852
 853         /*
 854          * Check if the process exceeds its cpu resource allocation.
 855          * If over max, kill it.
 856          */
 857         if (p->p_stat != SZOMB && p->p_limit->p_cpulimit != RLIM_INFINITY &&
 858             p->p_runtime > p->p_limit->p_cpulimit) {
 859                 rlim = &p->p_rlimit[RLIMIT_CPU];
 860                 if (p->p_runtime / (rlim_t)1000000 >= rlim->rlim_max) {
 861                         killproc(p, "exceeded maximum CPU limit");
 862                 } else {
 863                         psignal(p, SIGXCPU);
 864                         if (rlim->rlim_cur < rlim->rlim_max) {
 865                                 /* XXX: we should make a private copy */
 866                                 rlim->rlim_cur += 5;
 867                         }
 868                 }
 869         }
 870
 871         /*
 872          * Pick a new current process and record its start time.
 873          */
 874         cnt.v_swtch++;
 875         switchtime = new_switchtime;
 876         cpu_switch(p);
 877         if (switchtime.tv_sec == 0)
 878                 microuptime(&switchtime);
 879         switchticks = ticks;
 880
 881         splx(x);
 882 }
 883
 884 /*
 885  * Change process state to be runnable,
 886  * placing it on the run queue if it is in memory,
 887  * and awakening the swapper if it isn't in memory.
 888  */
 889 void
 890 setrunnable(p)
 891         register struct proc *p;
 892 {
 893         register int s;
 894
 895         s = splhigh();
 896         switch (p->p_stat) {
 897         case 0:
 898         case SRUN:
 899         case SZOMB:
 900         default:
 901                 panic("setrunnable");
 902         case SSTOP:
 903         case SSLEEP:
 904                 unsleep(p);             /* e.g. when sending signals */
 905                 break;
 906
 907         case SIDL:
 908                 break;
 909         }
 910         p->p_stat = SRUN;
 911         if (p->p_flag & P_INMEM)
 912                 setrunqueue(p);
 913         splx(s);
 914         if (p->p_slptime > 1)
 915                 updatepri(p);
 916         p->p_slptime = 0;
 917         if ((p->p_flag & P_INMEM) == 0) {
 918                 p->p_flag |= P_SWAPINREQ;
 919                 wakeup((caddr_t)&proc0);
 920         }
 921         else
 922                 maybe_resched(p);
 923 }
 924
 925 /*
 926  * Compute the priority of a process when running in user mode.
 927  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
 928  * than that of the current process.
 929  */
 930 void
 931 resetpriority(p)
 932         register struct proc *p;
 933 {
 934         register unsigned int newpriority;
 935
 936         if (p->p_rtprio.type == RTP_PRIO_NORMAL) {
 937                 newpriority = PUSER + p->p_estcpu / INVERSE_ESTCPU_WEIGHT +
 938                     NICE_WEIGHT * p->p_nice;
 939                 newpriority = min(newpriority, MAXPRI);
 940                 p->p_usrpri = newpriority;
 941         }
 942         maybe_resched(p);
 943 }
 944
 945 /*
 946  * Compute a tenex style load average of a quantity on
 947  * 1, 5 and 15 minute intervals.
 948  */
 949 static void
 950 loadav(void *arg)
 951 {
 952         int i, nrun;
 953         struct loadavg *avg;
 954         struct proc *p;
 955
 956         avg = &averunnable;
 957         nrun = 0;
 958         LIST_FOREACH(p, &allproc, p_list) {
 959                 switch (p->p_stat) {
 960                 case SRUN:
 961                 case SIDL:
 962                         nrun++;
 963                 }
 964         }
 965         for (i = 0; i < 3; i++)
 966                 avg->ldavg[i] = (cexp[i] * avg->ldavg[i] +
 967                     nrun * FSCALE * (FSCALE - cexp[i])) >> FSHIFT;
 968
 969         /*
 970          * Schedule the next update to occur after 5 seconds, but add a
 971          * random variation to avoid synchronisation with processes that
 972          * run at regular intervals.
 973          */
 974         callout_reset(&loadav_callout, hz * 4 + (int)(random() % (hz * 2 + 1)),
 975             loadav, NULL);
 976 }
 977
 978 /* ARGSUSED */
 979 static void
 980 sched_setup(dummy)
 981         void *dummy;
 982 {
 983
 984         callout_init(&loadav_callout);
 985
 986         /* Kick off timeout driven events by calling first time. */
 987         roundrobin(NULL);
 988         schedcpu(NULL);
 989         loadav(NULL);
 990 }
 991
 992 /*
 993  * We adjust the priority of the current process.  The priority of
 994  * a process gets worse as it accumulates CPU time.  The cpu usage
 995  * estimator (p_estcpu) is increased here.  resetpriority() will
 996  * compute a different priority each time p_estcpu increases by
 997  * INVERSE_ESTCPU_WEIGHT
 998  * (until MAXPRI is reached).  The cpu usage estimator ramps up
 999  * quite quickly when the process is running (linearly), and decays
1000  * away exponentially, at a rate which is proportionally slower when
1001  * the system is busy.  The basic principle is that the system will
1002  * 90% forget that the process used a lot of CPU time in 5 * loadav
1003  * seconds.  This causes the system to favor processes which haven't
1004  * run much recently, and to round-robin among other processes.
1005  */
1006 void
1007 schedclock(p)
1008         struct proc *p;
1009 {
1010
1011         p->p_cpticks++;
1012         p->p_estcpu = ESTCPULIM(p->p_estcpu + 1);
1013         if ((p->p_estcpu % INVERSE_ESTCPU_WEIGHT) == 0) {
1014                 resetpriority(p);
1015                 if (p->p_priority >= PUSER)
1016                         p->p_priority = p->p_usrpri;
1017         }
1018 }