sys/kern/kern_clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
   3  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
   4  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   5  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   6  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   7  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   8  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   9  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  40  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  41  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.2 2003/06/17 04:28:41 dillon Exp $
  42  */
  43
  44 #include "opt_ntp.h"
  45
  46 #include <sys/param.h>
  47 #include <sys/systm.h>
  48 #include <sys/dkstat.h>
  49 #include <sys/callout.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/proc.h>
  52 #include <sys/malloc.h>
  53 #include <sys/resourcevar.h>
  54 #include <sys/signalvar.h>
  55 #include <sys/timex.h>
  56 #include <sys/timepps.h>
  57 #include <vm/vm.h>
  58 #include <sys/lock.h>
  59 #include <vm/pmap.h>
  60 #include <vm/vm_map.h>
  61 #include <sys/sysctl.h>
  62
  63 #include <machine/cpu.h>
  64 #include <machine/limits.h>
  65 #include <machine/smp.h>
  66
  67 #ifdef GPROF
  68 #include <sys/gmon.h>
  69 #endif
  70
  71 #ifdef DEVICE_POLLING
  72 extern void init_device_poll(void);
  73 extern void hardclock_device_poll(void);
  74 #endif /* DEVICE_POLLING */
  75
  76 /*
  77  * Number of timecounters used to implement stable storage
  78  */
  79 #ifndef NTIMECOUNTER
  80 #define NTIMECOUNTER    5
  81 #endif
  82
  83 static MALLOC_DEFINE(M_TIMECOUNTER, "timecounter",
  84         "Timecounter stable storage");
  85
  86 static void initclocks __P((void *dummy));
  87 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
  88
  89 static void tco_forward __P((int force));
  90 static void tco_setscales __P((struct timecounter *tc));
  91 static __inline unsigned tco_delta __P((struct timecounter *tc));
  92
  93 /* Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them. */
  94 long cp_time[CPUSTATES];
  95
  96 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
  97     "LU", "CPU time statistics");
  98
  99 long tk_cancc;
 100 long tk_nin;
 101 long tk_nout;
 102 long tk_rawcc;
 103
 104 time_t time_second;
 105
 106 struct  timeval boottime;
 107 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 108     &boottime, timeval, "System boottime");
 109
 110 /*
 111  * Which update policy to use.
 112  *   0 - every tick, bad hardware may fail with "calcru negative..."
 113  *   1 - more resistent to the above hardware, but less efficient.
 114  */
 115 static int tco_method;
 116
 117 /*
 118  * Implement a dummy timecounter which we can use until we get a real one
 119  * in the air.  This allows the console and other early stuff to use
 120  * timeservices.
 121  */
 122
 123 static unsigned
 124 dummy_get_timecount(struct timecounter *tc)
 125 {
 126         static unsigned now;
 127         return (++now);
 128 }
 129
 130 static struct timecounter dummy_timecounter = {
 131         dummy_get_timecount,
 132         0,
 133         ~0u,
 134         1000000,
 135         "dummy"
 136 };
 137
 138 struct timecounter *timecounter = &dummy_timecounter;
 139
 140 /*
 141  * Clock handling routines.
 142  *
 143  * This code is written to operate with two timers that run independently of
 144  * each other.
 145  *
 146  * The main timer, running hz times per second, is used to trigger interval
 147  * timers, timeouts and rescheduling as needed.
 148  *
 149  * The second timer handles kernel and user profiling,
 150  * and does resource use estimation.  If the second timer is programmable,
 151  * it is randomized to avoid aliasing between the two clocks.  For example,
 152  * the randomization prevents an adversary from always giving up the cpu
 153  * just before its quantum expires.  Otherwise, it would never accumulate
 154  * cpu ticks.  The mean frequency of the second timer is stathz.
 155  *
 156  * If no second timer exists, stathz will be zero; in this case we drive
 157  * profiling and statistics off the main clock.  This WILL NOT be accurate;
 158  * do not do it unless absolutely necessary.
 159  *
 160  * The statistics clock may (or may not) be run at a higher rate while
 161  * profiling.  This profile clock runs at profhz.  We require that profhz
 162  * be an integral multiple of stathz.
 163  *
 164  * If the statistics clock is running fast, it must be divided by the ratio
 165  * profhz/stathz for statistics.  (For profiling, every tick counts.)
 166  *
 167  * Time-of-day is maintained using a "timecounter", which may or may
 168  * not be related to the hardware generating the above mentioned
 169  * interrupts.
 170  */
 171
 172 int     stathz;
 173 int     profhz;
 174 static int profprocs;
 175 int     ticks;
 176 static int psdiv, pscnt;                /* prof => stat divider */
 177 int     psratio;                        /* ratio: prof / stat */
 178
 179 /*
 180  * Initialize clock frequencies and start both clocks running.
 181  */
 182 /* ARGSUSED*/
 183 static void
 184 initclocks(dummy)
 185         void *dummy;
 186 {
 187         register int i;
 188
 189         /*
 190          * Set divisors to 1 (normal case) and let the machine-specific
 191          * code do its bit.
 192          */
 193         psdiv = pscnt = 1;
 194         cpu_initclocks();
 195
 196 #ifdef DEVICE_POLLING
 197         init_device_poll();
 198 #endif
 199
 200         /*
 201          * Compute profhz/stathz, and fix profhz if needed.
 202          */
 203         i = stathz ? stathz : hz;
 204         if (profhz == 0)
 205                 profhz = i;
 206         psratio = profhz / i;
 207 }
 208
 209 /*
 210  * The real-time timer, interrupting hz times per second.
 211  */
 212 void
 213 hardclock(frame)
 214         register struct clockframe *frame;
 215 {
 216         register struct proc *p;
 217
 218         p = curproc;
 219         if (p) {
 220                 register struct pstats *pstats;
 221
 222                 /*
 223                  * Run current process's virtual and profile time, as needed.
 224                  */
 225                 pstats = p->p_stats;
 226                 if (CLKF_USERMODE(frame) &&
 227                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 228                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 229                         psignal(p, SIGVTALRM);
 230                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 231                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 232                         psignal(p, SIGPROF);
 233         }
 234
 235 #if defined(SMP) && defined(BETTER_CLOCK)
 236         forward_hardclock(pscnt);
 237 #endif
 238
 239         /*
 240          * If no separate statistics clock is available, run it from here.
 241          */
 242         if (stathz == 0)
 243                 statclock(frame);
 244
 245         tco_forward(0);
 246         ticks++;
 247
 248 #ifdef DEVICE_POLLING
 249         hardclock_device_poll();        /* this is very short and quick */
 250 #endif /* DEVICE_POLLING */
 251
 252         /*
 253          * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
 254          * relatively high clock interrupt priority any longer than necessary.
 255          */
 256         if (TAILQ_FIRST(&callwheel[ticks & callwheelmask]) != NULL) {
 257                 if (CLKF_BASEPRI(frame)) {
 258                         /*
 259                          * Save the overhead of a software interrupt;
 260                          * it will happen as soon as we return, so do it now.
 261                          */
 262                         (void)splsoftclock();
 263                         softclock();
 264                 } else
 265                         setsoftclock();
 266         } else if (softticks + 1 == ticks)
 267                 ++softticks;
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Compute number of ticks in the specified amount of time.
 272  */
 273 int
 274 tvtohz(tv)
 275         struct timeval *tv;
 276 {
 277         register unsigned long ticks;
 278         register long sec, usec;
 279
 280         /*
 281          * If the number of usecs in the whole seconds part of the time
 282          * difference fits in a long, then the total number of usecs will
 283          * fit in an unsigned long.  Compute the total and convert it to
 284          * ticks, rounding up and adding 1 to allow for the current tick
 285          * to expire.  Rounding also depends on unsigned long arithmetic
 286          * to avoid overflow.
 287          *
 288          * Otherwise, if the number of ticks in the whole seconds part of
 289          * the time difference fits in a long, then convert the parts to
 290          * ticks separately and add, using similar rounding methods and
 291          * overflow avoidance.  This method would work in the previous
 292          * case but it is slightly slower and assumes that hz is integral.
 293          *
 294          * Otherwise, round the time difference down to the maximum
 295          * representable value.
 296          *
 297          * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 298          * 10ms ticks is 248 days.
 299          */
 300         sec = tv->tv_sec;
 301         usec = tv->tv_usec;
 302         if (usec < 0) {
 303                 sec--;
 304                 usec += 1000000;
 305         }
 306         if (sec < 0) {
 307 #ifdef DIAGNOSTIC
 308                 if (usec > 0) {
 309                         sec++;
 310                         usec -= 1000000;
 311                 }
 312                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 313                        sec, usec);
 314 #endif
 315                 ticks = 1;
 316         } else if (sec <= LONG_MAX / 1000000)
 317                 ticks = (sec * 1000000 + (unsigned long)usec + (tick - 1))
 318                         / tick + 1;
 319         else if (sec <= LONG_MAX / hz)
 320                 ticks = sec * hz
 321                         + ((unsigned long)usec + (tick - 1)) / tick + 1;
 322         else
 323                 ticks = LONG_MAX;
 324         if (ticks > INT_MAX)
 325                 ticks = INT_MAX;
 326         return ((int)ticks);
 327 }
 328
 329 /*
 330  * Start profiling on a process.
 331  *
 332  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 333  * keeps the profile clock running constantly.
 334  */
 335 void
 336 startprofclock(p)
 337         register struct proc *p;
 338 {
 339         int s;
 340
 341         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 342                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 343                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 344                         s = splstatclock();
 345                         psdiv = pscnt = psratio;
 346                         setstatclockrate(profhz);
 347                         splx(s);
 348                 }
 349         }
 350 }
 351
 352 /*
 353  * Stop profiling on a process.
 354  */
 355 void
 356 stopprofclock(p)
 357         register struct proc *p;
 358 {
 359         int s;
 360
 361         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 362                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 363                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 364                         s = splstatclock();
 365                         psdiv = pscnt = 1;
 366                         setstatclockrate(stathz);
 367                         splx(s);
 368                 }
 369         }
 370 }
 371
 372 /*
 373  * Statistics clock.  Grab profile sample, and if divider reaches 0,
 374  * do process and kernel statistics.  Most of the statistics are only
 375  * used by user-level statistics programs.  The main exceptions are
 376  * p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and p->p_estcpu.
 377  */
 378 void
 379 statclock(frame)
 380         register struct clockframe *frame;
 381 {
 382 #ifdef GPROF
 383         register struct gmonparam *g;
 384         int i;
 385 #endif
 386         register struct proc *p;
 387         struct pstats *pstats;
 388         long rss;
 389         struct rusage *ru;
 390         struct vmspace *vm;
 391
 392         if (curproc != NULL && CLKF_USERMODE(frame)) {
 393                 /*
 394                  * Came from user mode; CPU was in user state.
 395                  * If this process is being profiled, record the tick.
 396                  */
 397                 p = curproc;
 398                 if (p->p_flag & P_PROFIL)
 399                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 400 #if defined(SMP) && defined(BETTER_CLOCK)
 401                 if (stathz != 0)
 402                         forward_statclock(pscnt);
 403 #endif
 404                 if (--pscnt > 0)
 405                         return;
 406                 /*
 407                  * Charge the time as appropriate.
 408                  */
 409                 p->p_uticks++;
 410                 if (p->p_nice > NZERO)
 411                         cp_time[CP_NICE]++;
 412                 else
 413                         cp_time[CP_USER]++;
 414         } else {
 415 #ifdef GPROF
 416                 /*
 417                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 418                  */
 419                 g = &_gmonparam;
 420                 if (g->state == GMON_PROF_ON) {
 421                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 422                         if (i < g->textsize) {
 423                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 424                                 g->kcount[i]++;
 425                         }
 426                 }
 427 #endif
 428 #if defined(SMP) && defined(BETTER_CLOCK)
 429                 if (stathz != 0)
 430                         forward_statclock(pscnt);
 431 #endif
 432                 if (--pscnt > 0)
 433                         return;
 434                 /*
 435                  * Came from kernel mode, so we were:
 436                  * - handling an interrupt,
 437                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 438                  *   user process, or
 439                  * - spinning in the idle loop.
 440                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 441                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 442                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 443                  * so that we know how much of its real time was spent
 444                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 445                  */
 446                 p = curproc;
 447                 if (CLKF_INTR(frame)) {
 448                         if (p != NULL)
 449                                 p->p_iticks++;
 450                         cp_time[CP_INTR]++;
 451                 } else if (p != NULL) {
 452                         p->p_sticks++;
 453                         cp_time[CP_SYS]++;
 454                 } else
 455                         cp_time[CP_IDLE]++;
 456         }
 457         pscnt = psdiv;
 458
 459         if (p != NULL) {
 460                 schedclock(p);
 461
 462                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 463                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 464                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 465                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 466                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 467                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 468                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 469                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 470                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 471                                 ru->ru_maxrss = rss;
 472                 }
 473         }
 474 }
 475
 476 /*
 477  * Return information about system clocks.
 478  */
 479 static int
 480 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 481 {
 482         struct clockinfo clkinfo;
 483         /*
 484          * Construct clockinfo structure.
 485          */
 486         clkinfo.hz = hz;
 487         clkinfo.tick = tick;
 488         clkinfo.tickadj = tickadj;
 489         clkinfo.profhz = profhz;
 490         clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
 491         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 492 }
 493
 494 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 495         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 496
 497 static __inline unsigned
 498 tco_delta(struct timecounter *tc)
 499 {
 500
 501         return ((tc->tc_get_timecount(tc) - tc->tc_offset_count) &
 502             tc->tc_counter_mask);
 503 }
 504
 505 /*
 506  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 507  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 508  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 509  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 510  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 511  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 512  * time relative to system boot, these are well suited for time
 513  * interval measurements.
 514  */
 515
 516 void
 517 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 518 {
 519         struct timecounter *tc;
 520
 521         if (!tco_method) {
 522                 tc = timecounter;
 523                 *tvp = tc->tc_microtime;
 524         } else {
 525                 microtime(tvp);
 526         }
 527 }
 528
 529 void
 530 getnanotime(struct timespec *tsp)
 531 {
 532         struct timecounter *tc;
 533
 534         if (!tco_method) {
 535                 tc = timecounter;
 536                 *tsp = tc->tc_nanotime;
 537         } else {
 538                 nanotime(tsp);
 539         }
 540 }
 541
 542 void
 543 microtime(struct timeval *tv)
 544 {
 545         struct timecounter *tc;
 546
 547         tc = timecounter;
 548         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 549         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 550         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 551         tv->tv_usec += boottime.tv_usec;
 552         tv->tv_sec += boottime.tv_sec;
 553         while (tv->tv_usec < 0) {
 554                 tv->tv_usec += 1000000;
 555                 if (tv->tv_sec > 0)
 556                         tv->tv_sec--;
 557         }
 558         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 559                 tv->tv_usec -= 1000000;
 560                 tv->tv_sec++;
 561         }
 562 }
 563
 564 void
 565 nanotime(struct timespec *ts)
 566 {
 567         unsigned count;
 568         u_int64_t delta;
 569         struct timecounter *tc;
 570
 571         tc = timecounter;
 572         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 573         count = tco_delta(tc);
 574         delta = tc->tc_offset_nano;
 575         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 576         delta >>= 32;
 577         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 578         delta += boottime.tv_usec * 1000;
 579         ts->tv_sec += boottime.tv_sec;
 580         while (delta < 0) {
 581                 delta += 1000000000;
 582                 if (ts->tv_sec > 0)
 583                         ts->tv_sec--;
 584         }
 585         while (delta >= 1000000000) {
 586                 delta -= 1000000000;
 587                 ts->tv_sec++;
 588         }
 589         ts->tv_nsec = delta;
 590 }
 591
 592 void
 593 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 594 {
 595         struct timecounter *tc;
 596
 597         if (!tco_method) {
 598                 tc = timecounter;
 599                 tvp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 600                 tvp->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 601         } else {
 602                 microuptime(tvp);
 603         }
 604 }
 605
 606 void
 607 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 608 {
 609         struct timecounter *tc;
 610
 611         if (!tco_method) {
 612                 tc = timecounter;
 613                 tsp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 614                 tsp->tv_nsec = tc->tc_offset_nano >> 32;
 615         } else {
 616                 nanouptime(tsp);
 617         }
 618 }
 619
 620 void
 621 microuptime(struct timeval *tv)
 622 {
 623         struct timecounter *tc;
 624
 625         tc = timecounter;
 626         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 627         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 628         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 629         while (tv->tv_usec < 0) {
 630                 tv->tv_usec += 1000000;
 631                 if (tv->tv_sec > 0)
 632                         tv->tv_sec--;
 633         }
 634         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 635                 tv->tv_usec -= 1000000;
 636                 tv->tv_sec++;
 637         }
 638 }
 639
 640 void
 641 nanouptime(struct timespec *ts)
 642 {
 643         unsigned count;
 644         u_int64_t delta;
 645         struct timecounter *tc;
 646
 647         tc = timecounter;
 648         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 649         count = tco_delta(tc);
 650         delta = tc->tc_offset_nano;
 651         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 652         delta >>= 32;
 653         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 654         while (delta < 0) {
 655                 delta += 1000000000;
 656                 if (ts->tv_sec > 0)
 657                         ts->tv_sec--;
 658         }
 659         while (delta >= 1000000000) {
 660                 delta -= 1000000000;
 661                 ts->tv_sec++;
 662         }
 663         ts->tv_nsec = delta;
 664 }
 665
 666 static void
 667 tco_setscales(struct timecounter *tc)
 668 {
 669         u_int64_t scale;
 670
 671         scale = 1000000000LL << 32;
 672         scale += tc->tc_adjustment;
 673         scale /= tc->tc_tweak->tc_frequency;
 674         tc->tc_scale_micro = scale / 1000;
 675         tc->tc_scale_nano_f = scale & 0xffffffff;
 676         tc->tc_scale_nano_i = scale >> 32;
 677 }
 678
 679 void
 680 update_timecounter(struct timecounter *tc)
 681 {
 682         tco_setscales(tc);
 683 }
 684
 685 void
 686 init_timecounter(struct timecounter *tc)
 687 {
 688         struct timespec ts1;
 689         struct timecounter *t1, *t2, *t3;
 690         unsigned u;
 691         int i;
 692
 693         u = tc->tc_frequency / tc->tc_counter_mask;
 694         if (u > hz) {
 695                 printf("Timecounter \"%s\" frequency %lu Hz"
 696                        " -- Insufficient hz, needs at least %u\n",
 697                        tc->tc_name, (u_long) tc->tc_frequency, u);
 698                 return;
 699         }
 700
 701         tc->tc_adjustment = 0;
 702         tc->tc_tweak = tc;
 703         tco_setscales(tc);
 704         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 705         if (timecounter == &dummy_timecounter)
 706                 tc->tc_avail = tc;
 707         else {
 708                 tc->tc_avail = timecounter->tc_tweak->tc_avail;
 709                 timecounter->tc_tweak->tc_avail = tc;
 710         }
 711         MALLOC(t1, struct timecounter *, sizeof *t1, M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 712         tc->tc_other = t1;
 713         *t1 = *tc;
 714         t2 = t1;
 715         for (i = 1; i < NTIMECOUNTER; i++) {
 716                 MALLOC(t3, struct timecounter *, sizeof *t3,
 717                     M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 718                 *t3 = *tc;
 719                 t3->tc_other = t2;
 720                 t2 = t3;
 721         }
 722         t1->tc_other = t3;
 723         tc = t1;
 724
 725         printf("Timecounter \"%s\"  frequency %lu Hz\n",
 726             tc->tc_name, (u_long)tc->tc_frequency);
 727
 728         /* XXX: For now always start using the counter. */
 729         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 730         nanouptime(&ts1);
 731         tc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts1.tv_nsec << 32;
 732         tc->tc_offset_micro = ts1.tv_nsec / 1000;
 733         tc->tc_offset_sec = ts1.tv_sec;
 734         timecounter = tc;
 735 }
 736
 737 void
 738 set_timecounter(struct timespec *ts)
 739 {
 740         struct timespec ts2;
 741
 742         nanouptime(&ts2);
 743         boottime.tv_sec = ts->tv_sec - ts2.tv_sec;
 744         boottime.tv_usec = (ts->tv_nsec - ts2.tv_nsec) / 1000;
 745         if (boottime.tv_usec < 0) {
 746                 boottime.tv_usec += 1000000;
 747                 boottime.tv_sec--;
 748         }
 749         /* fiddle all the little crinkly bits around the fiords... */
 750         tco_forward(1);
 751 }
 752
 753 static void
 754 switch_timecounter(struct timecounter *newtc)
 755 {
 756         int s;
 757         struct timecounter *tc;
 758         struct timespec ts;
 759
 760         s = splclock();
 761         tc = timecounter;
 762         if (newtc->tc_tweak == tc->tc_tweak) {
 763                 splx(s);
 764                 return;
 765         }
 766         newtc = newtc->tc_tweak->tc_other;
 767         nanouptime(&ts);
 768         newtc->tc_offset_sec = ts.tv_sec;
 769         newtc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts.tv_nsec << 32;
 770         newtc->tc_offset_micro = ts.tv_nsec / 1000;
 771         newtc->tc_offset_count = newtc->tc_get_timecount(newtc);
 772         tco_setscales(newtc);
 773         timecounter = newtc;
 774         splx(s);
 775 }
 776
 777 static struct timecounter *
 778 sync_other_counter(void)
 779 {
 780         struct timecounter *tc, *tcn, *tco;
 781         unsigned delta;
 782
 783         tco = timecounter;
 784         tc = tco->tc_other;
 785         tcn = tc->tc_other;
 786         *tc = *tco;
 787         tc->tc_other = tcn;
 788         delta = tco_delta(tc);
 789         tc->tc_offset_count += delta;
 790         tc->tc_offset_count &= tc->tc_counter_mask;
 791         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_f;
 792         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_i << 32;
 793         return (tc);
 794 }
 795
 796 static void
 797 tco_forward(int force)
 798 {
 799         struct timecounter *tc, *tco;
 800         struct timeval tvt;
 801
 802         tco = timecounter;
 803         tc = sync_other_counter();
 804         /*
 805          * We may be inducing a tiny error here, the tc_poll_pps() may
 806          * process a latched count which happens after the tco_delta()
 807          * in sync_other_counter(), which would extend the previous
 808          * counters parameters into the domain of this new one.
 809          * Since the timewindow is very small for this, the error is
 810          * going to be only a few weenieseconds (as Dave Mills would
 811          * say), so lets just not talk more about it, OK ?
 812          */
 813         if (tco->tc_poll_pps)
 814                 tco->tc_poll_pps(tco);
 815         if (timedelta != 0) {
 816                 tvt = boottime;
 817                 tvt.tv_usec += tickdelta;
 818                 if (tvt.tv_usec >= 1000000) {
 819                         tvt.tv_sec++;
 820                         tvt.tv_usec -= 1000000;
 821                 } else if (tvt.tv_usec < 0) {
 822                         tvt.tv_sec--;
 823                         tvt.tv_usec += 1000000;
 824                 }
 825                 boottime = tvt;
 826                 timedelta -= tickdelta;
 827         }
 828
 829         while (tc->tc_offset_nano >= 1000000000ULL << 32) {
 830                 tc->tc_offset_nano -= 1000000000ULL << 32;
 831                 tc->tc_offset_sec++;
 832                 ntp_update_second(tc);  /* XXX only needed if xntpd runs */
 833                 tco_setscales(tc);
 834                 force++;
 835         }
 836
 837         if (tco_method && !force)
 838                 return;
 839
 840         tc->tc_offset_micro = (tc->tc_offset_nano / 1000) >> 32;
 841
 842         /* Figure out the wall-clock time */
 843         tc->tc_nanotime.tv_sec = tc->tc_offset_sec + boottime.tv_sec;
 844         tc->tc_nanotime.tv_nsec =
 845             (tc->tc_offset_nano >> 32) + boottime.tv_usec * 1000;
 846         tc->tc_microtime.tv_usec = tc->tc_offset_micro + boottime.tv_usec;
 847         while (tc->tc_nanotime.tv_nsec >= 1000000000) {
 848                 tc->tc_nanotime.tv_nsec -= 1000000000;
 849                 tc->tc_microtime.tv_usec -= 1000000;
 850                 tc->tc_nanotime.tv_sec++;
 851         }
 852         time_second = tc->tc_microtime.tv_sec = tc->tc_nanotime.tv_sec;
 853
 854         timecounter = tc;
 855 }
 856
 857 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, timecounter, CTLFLAG_RW, 0, "");
 858
 859 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, method, CTLFLAG_RW, &tco_method, 0,
 860     "This variable determines the method used for updating timecounters. "
 861     "If the default algorithm (0) fails with \"calcru negative...\" messages "
 862     "try the alternate algorithm (1) which handles bad hardware better."
 863
 864 );
 865
 866 static int
 867 sysctl_kern_timecounter_hardware(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 868 {
 869         char newname[32];
 870         struct timecounter *newtc, *tc;
 871         int error;
 872
 873         tc = timecounter->tc_tweak;
 874         strncpy(newname, tc->tc_name, sizeof(newname));
 875         error = sysctl_handle_string(oidp, &newname[0], sizeof(newname), req);
 876         if (error == 0 && req->newptr != NULL &&
 877             strcmp(newname, tc->tc_name) != 0) {
 878                 for (newtc = tc->tc_avail; newtc != tc;
 879                     newtc = newtc->tc_avail) {
 880                         if (strcmp(newname, newtc->tc_name) == 0) {
 881                                 /* Warm up new timecounter. */
 882                                 (void)newtc->tc_get_timecount(newtc);
 883
 884                                 switch_timecounter(newtc);
 885                                 return (0);
 886                         }
 887                 }
 888                 return (EINVAL);
 889         }
 890         return (error);
 891 }
 892
 893 SYSCTL_PROC(_kern_timecounter, OID_AUTO, hardware, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
 894     0, 0, sysctl_kern_timecounter_hardware, "A", "");
 895
 896
 897 int
 898 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
 899 {
 900         pps_params_t *app;
 901         struct pps_fetch_args *fapi;
 902 #ifdef PPS_SYNC
 903         struct pps_kcbind_args *kapi;
 904 #endif
 905
 906         switch (cmd) {
 907         case PPS_IOC_CREATE:
 908                 return (0);
 909         case PPS_IOC_DESTROY:
 910                 return (0);
 911         case PPS_IOC_SETPARAMS:
 912                 app = (pps_params_t *)data;
 913                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
 914                         return (EINVAL);
 915                 pps->ppsparam = *app;
 916                 return (0);
 917         case PPS_IOC_GETPARAMS:
 918                 app = (pps_params_t *)data;
 919                 *app = pps->ppsparam;
 920                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
 921                 return (0);
 922         case PPS_IOC_GETCAP:
 923                 *(int*)data = pps->ppscap;
 924                 return (0);
 925         case PPS_IOC_FETCH:
 926                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
 927                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 928                         return (EINVAL);
 929                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
 930                         return (EOPNOTSUPP);
 931                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
 932                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
 933                 return (0);
 934         case PPS_IOC_KCBIND:
 935 #ifdef PPS_SYNC
 936                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
 937                 /* XXX Only root should be able to do this */
 938                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 939                         return (EINVAL);
 940                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
 941                         return (EINVAL);
 942                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
 943                         return (EINVAL);
 944                 pps->kcmode = kapi->edge;
 945                 return (0);
 946 #else
 947                 return (EOPNOTSUPP);
 948 #endif
 949         default:
 950                 return (ENOTTY);
 951         }
 952 }
 953
 954 void
 955 pps_init(struct pps_state *pps)
 956 {
 957         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
 958         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
 959                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
 960         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
 961                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
 962 }
 963
 964 void
 965 pps_event(struct pps_state *pps, struct timecounter *tc, unsigned count, int event)
 966 {
 967         struct timespec ts, *tsp, *osp;
 968         u_int64_t delta;
 969         unsigned tcount, *pcount;
 970         int foff, fhard;
 971         pps_seq_t       *pseq;
 972
 973         /* Things would be easier with arrays... */
 974         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
 975                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
 976                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
 977                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
 978                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
 979                 pcount = &pps->ppscount[0];
 980                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
 981         } else {
 982                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
 983                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
 984                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
 985                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
 986                 pcount = &pps->ppscount[1];
 987                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
 988         }
 989
 990         /* The timecounter changed: bail */
 991         if (!pps->ppstc ||
 992             pps->ppstc->tc_name != tc->tc_name ||
 993             tc->tc_name != timecounter->tc_name) {
 994                 pps->ppstc = tc;
 995                 *pcount = count;
 996                 return;
 997         }
 998
 999         /* Nothing really happened */
1000         if (*pcount == count)
1001                 return;
1002
1003         *pcount = count;
1004
1005         /* Convert the count to timespec */
1006         ts.tv_sec = tc->tc_offset_sec;
1007         tcount = count - tc->tc_offset_count;
1008         tcount &= tc->tc_counter_mask;
1009         delta = tc->tc_offset_nano;
1010         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_f);
1011         delta >>= 32;
1012         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_i);
1013         delta += boottime.tv_usec * 1000;
1014         ts.tv_sec += boottime.tv_sec;
1015         while (delta >= 1000000000) {
1016                 delta -= 1000000000;
1017                 ts.tv_sec++;
1018         }
1019         ts.tv_nsec = delta;
1020
1021         (*pseq)++;
1022         *tsp = ts;
1023
1024         if (foff) {
1025                 timespecadd(tsp, osp);
1026                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1027                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1028                         tsp->tv_sec -= 1;
1029                 }
1030         }
1031 #ifdef PPS_SYNC
1032         if (fhard) {
1033                 /* magic, at its best... */
1034                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1035                 pps->ppscount[2] = count;
1036                 tcount &= tc->tc_counter_mask;
1037                 delta = ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_f);
1038                 delta >>= 32;
1039                 delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_i);
1040                 hardpps(tsp, delta);
1041         }
1042 #endif
1043 }