sys/kern/kern_clock.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003,2004 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  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
  35  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
  36  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
  37  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
  38  * All or some portions of this file are derived from material licensed
  39  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
  40  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
  41  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  42  *
  43  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  44  * modification, are permitted provided that the following conditions
  45  * are met:
  46  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  47  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  48  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  49  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  50  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  51  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  52  *    must display the following acknowledgement:
  53  *      This product includes software developed by the University of
  54  *      California, Berkeley and its contributors.
  55  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  56  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  57  *    without specific prior written permission.
  58  *
  59  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  60  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  61  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  62  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  63  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  64  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  65  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  66  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  67  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  68  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  69  * SUCH DAMAGE.
  70  *
  71  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  72  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  73  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.49 2005/10/13 00:45:36 dillon Exp $
  74  */
  75
  76 #include "opt_ntp.h"
  77
  78 #include <sys/param.h>
  79 #include <sys/systm.h>
  80 #include <sys/callout.h>
  81 #include <sys/kernel.h>
  82 #include <sys/kinfo.h>
  83 #include <sys/proc.h>
  84 #include <sys/malloc.h>
  85 #include <sys/resourcevar.h>
  86 #include <sys/signalvar.h>
  87 #include <sys/timex.h>
  88 #include <sys/timepps.h>
  89 #include <vm/vm.h>
  90 #include <sys/lock.h>
  91 #include <vm/pmap.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <sys/sysctl.h>
  94 #include <sys/thread2.h>
  95
  96 #include <machine/cpu.h>
  97 #include <machine/limits.h>
  98 #include <machine/smp.h>
  99
 100 #ifdef GPROF
 101 #include <sys/gmon.h>
 102 #endif
 103
 104 #ifdef DEVICE_POLLING
 105 extern void init_device_poll(void);
 106 #endif
 107
 108 static void initclocks (void *dummy);
 109 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
 110
 111 /*
 112  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
 113  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
 114  * just compare relative times against the total by delta.
 115  */
 116 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
 117 #ifdef SMP
 118 static int
 119 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 120 {
 121         int cpu, error = 0;
 122         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
 123
 124         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 125                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_percpu[cpu], size)))
 126                         break;
 127         }
 128
 129         return (error);
 130 }
 131 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 132         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
 133 #else
 134 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, cputime, CTLFLAG_RD, &cpu_time, kinfo_cputime,
 135     "CPU time statistics");
 136 #endif
 137
 138 /*
 139  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 140  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 141  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 142  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 143  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 144  *
 145  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 146  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 147  * the real time.
 148  */
 149 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 150 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 151
 152 /*
 153  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 154  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 155  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 156  *
 157  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 158  * gd_cpuclock_base.
 159  *
 160  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 161  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 162  * interrupt races on UP systems.
 163  */
 164 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 165 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 166 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 167 static volatile int basetime_index;
 168
 169 static int
 170 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 171 {
 172         struct timespec *bt;
 173         int error;
 174         int index;
 175
 176         /*
 177          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
 178          * a load fence is required to ensure that the data we read has
 179          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
 180          */
 181         index = basetime_index;
 182         cpu_lfence();
 183         bt = &basetime[index];
 184         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 185         return (error);
 186 }
 187
 188 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 189     &boottime, timespec, "System boottime");
 190 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 191     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 192
 193 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 194 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 195 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 196 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 197
 198 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 199 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 200 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 201 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 202
 203 /* NTPD time correction fields */
 204 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 205 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 206 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 207 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 208 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 209 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 210 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 211 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 212
 213 /*
 214  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 215  */
 216 /* ARGSUSED*/
 217 static void
 218 initclocks(void *dummy)
 219 {
 220         cpu_initclocks();
 221 #ifdef DEVICE_POLLING
 222         init_device_poll();
 223 #endif
 224         /*psratio = profhz / stathz;*/
 225         initclocks_pcpu();
 226         clocks_running = 1;
 227 }
 228
 229 /*
 230  * Called on a per-cpu basis
 231  */
 232 void
 233 initclocks_pcpu(void)
 234 {
 235         struct globaldata *gd = mycpu;
 236
 237         crit_enter();
 238         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 239             gd->gd_time_seconds = 1;
 240             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
 241         } else {
 242             /* XXX */
 243             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 244             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 245         }
 246
 247         /*
 248          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 249          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 250          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 251          * the actual sysclock, not the ticks count.
 252          */
 253         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 254         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 255         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 256         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 257                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 258         crit_exit();
 259 }
 260
 261 /*
 262  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 263  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 264  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 265  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 266  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 267  *
 268  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 269  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 270  */
 271 void
 272 set_timeofday(struct timespec *ts)
 273 {
 274         struct timespec *nbt;
 275         int ni;
 276
 277         /*
 278          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 279          */
 280         crit_enter();
 281         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 282         nbt = &basetime[ni];
 283         nanouptime(nbt);
 284         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 285         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 286         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 287             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 288             --nbt->tv_sec;
 289         }
 290
 291         /*
 292          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 293          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 294          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 295          * can simply assign boottime to basetime.
 296          *
 297          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 298          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 299          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 300          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 301          * into account in the basetime calculation above.
 302          */
 303         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 304         ntp_delta = 0;
 305
 306         /*
 307          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
 308          * then update the index.
 309          */
 310         cpu_sfence();
 311         basetime_index = ni;
 312
 313         crit_exit();
 314 }
 315
 316 /*
 317  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 318  * on cpu #0.
 319  *
 320  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 321  * manipulate objects owned by the current cpu.
 322  */
 323 static void
 324 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 325 {
 326         sysclock_t cputicks;
 327         struct proc *p;
 328         struct pstats *pstats;
 329         struct globaldata *gd = mycpu;
 330
 331         /*
 332          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 333          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 334          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 335          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 336          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 337          * stay in synch.
 338          *
 339          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 340          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 341          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 342          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 343          * timers count events, though everything should resynch again
 344          * immediately.
 345          */
 346         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 347         if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
 348                 ++gd->gd_time_seconds;
 349                 gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq;
 350         }
 351
 352         /*
 353          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 354          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 355          * by updating basetime.
 356          */
 357         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 358             struct timespec *nbt;
 359             struct timespec nts;
 360             int leap;
 361             int ni;
 362
 363             ++ticks;
 364
 365 #if 0
 366             if (tco->tc_poll_pps)
 367                 tco->tc_poll_pps(tco);
 368 #endif
 369
 370             /*
 371              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 372              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 373              * with the current basetime and then make adjustments.
 374              */
 375             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 376             nbt = &basetime[ni];
 377             *nbt = basetime[basetime_index];
 378
 379             /*
 380              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 381              *
 382              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 383              * sufficient to access these variables.
 384              */
 385             if (ntp_delta != 0) {
 386                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 387                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 388                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 389                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 390                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 391                 }
 392             }
 393
 394             /*
 395              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 396              */
 397             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 398                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 399                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 400                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 401                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 402                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 403                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 404                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 405                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 406                 }
 407             }
 408
 409             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 410                     nbt->tv_sec++;
 411                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 412             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 413                     nbt->tv_sec--;
 414                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 415             }
 416
 417             /*
 418              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 419              */
 420             if (nsec_adj != 0) {
 421                 nsec_acc += nsec_adj;
 422                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 423                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 424                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 425                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 426                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 427                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 428                 }
 429                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 430                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 431                     ++nbt->tv_sec;
 432                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 433                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 434                     --nbt->tv_sec;
 435                 }
 436             }
 437
 438             /************************************************************
 439              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 440              ************************************************************
 441              *
 442              * Taking into account all the corrections made above, figure
 443              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 444              * then apply any pending leap-second corrections.
 445              */
 446             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 447
 448             if (time_second != nts.tv_sec) {
 449                 /*
 450                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 451                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 452                  */
 453                 if (ntp_leap_second) {
 454                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 455                         if (ntp_leap_insert) {
 456                             nbt->tv_sec++;
 457                             nts.tv_sec++;
 458                         } else {
 459                             nbt->tv_sec--;
 460                             nts.tv_sec--;
 461                         }
 462                         ntp_leap_second--;
 463                     }
 464                 }
 465
 466                 /*
 467                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 468                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 469                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 470                  */
 471                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 472                 nsec_adj /= hz;
 473                 nbt->tv_sec += leap;
 474                 nts.tv_sec += leap;
 475
 476                 /*
 477                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 478                  */
 479                 time_second = nts.tv_sec;
 480             }
 481
 482             /*
 483              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 484              */
 485             cpu_sfence();
 486             basetime_index = ni;
 487         }
 488
 489         /*
 490          * softticks are handled for all cpus
 491          */
 492         hardclock_softtick(gd);
 493
 494         /*
 495          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 496          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 497          */
 498         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 499                 pstats = p->p_stats;
 500                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 501                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 502                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 503                         psignal(p, SIGVTALRM);
 504                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 505                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 506                         psignal(p, SIGPROF);
 507                 rel_mplock();
 508         }
 509         setdelayed();
 510 }
 511
 512 /*
 513  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 514  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 515  *
 516  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 517  * manipulate objects owned by the current cpu.
 518  *
 519  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 520  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 521  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 522  * p->p_estcpu.
 523  *
 524  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 525  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 526  * interrupted.
 527  */
 528 static void
 529 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 530 {
 531 #ifdef GPROF
 532         struct gmonparam *g;
 533         int i;
 534 #endif
 535         thread_t td;
 536         struct proc *p;
 537         int bump;
 538         struct timeval tv;
 539         struct timeval *stv;
 540
 541         /*
 542          * How big was our timeslice relative to the last time?
 543          */
 544         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 545         stv = &mycpu->gd_stattv;
 546         if (stv->tv_sec == 0) {
 547             bump = 1;
 548         } else {
 549             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 550                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 551             if (bump < 0)
 552                 bump = 0;
 553             if (bump > 1000000)
 554                 bump = 1000000;
 555         }
 556         *stv = tv;
 557
 558         td = curthread;
 559         p = td->td_proc;
 560
 561         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 562                 /*
 563                  * Came from userland, handle user time and deal with
 564                  * possible process.
 565                  */
 566                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 567                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 568                 td->td_uticks += bump;
 569
 570                 /*
 571                  * Charge the time as appropriate
 572                  */
 573                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 574                         cpu_time.cp_nice += bump;
 575                 else
 576                         cpu_time.cp_user += bump;
 577         } else {
 578 #ifdef GPROF
 579                 /*
 580                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 581                  */
 582                 g = &_gmonparam;
 583                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 584                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 585                         if (i < g->textsize) {
 586                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 587                                 g->kcount[i]++;
 588                         }
 589                 }
 590 #endif
 591                 /*
 592                  * Came from kernel mode, so we were:
 593                  * - handling an interrupt,
 594                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 595                  *   user process, or
 596                  * - spinning in the idle loop.
 597                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 598                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 599                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 600                  * so that we know how much of its real time was spent
 601                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 602                  *
 603                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 604                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
 605                  */
 606                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 607                         td->td_iticks += bump;
 608                 else
 609                         td->td_sticks += bump;
 610
 611                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 612                         cpu_time.cp_intr += bump;
 613                 } else {
 614                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 615                                 cpu_time.cp_idle += bump;
 616                         else
 617                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 618                 }
 619         }
 620 }
 621
 622 /*
 623  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
 624  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 625  * but that's about it.
 626  *
 627  * Each cpu has its own scheduler clock.
 628  */
 629 static void
 630 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 631 {
 632         struct lwp *lp;
 633         struct pstats *pstats;
 634         struct rusage *ru;
 635         struct vmspace *vm;
 636         long rss;
 637
 638         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
 639                 /*
 640                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
 641                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
 642                  * HERE.
 643                  */
 644                 ++lp->lwp_cpticks;
 645                 /*
 646                  * XXX I think accessing lwp_proc's p_usched is
 647                  * reasonably MP safe.  This needs to be revisited
 648                  * when we have pluggable schedulers.
 649                  */
 650                 lp->lwp_proc->p_usched->schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
 651         }
 652         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
 653                 /*
 654                  * Update resource usage integrals and maximums.
 655                  */
 656                 if ((pstats = lp->lwp_stats) != NULL &&
 657                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 658                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
 659                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 660                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 661                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 662                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 663                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 664                                 ru->ru_maxrss = rss;
 665                 }
 666         }
 667 }
 668
 669 /*
 670  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 671  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 672  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 673  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 674  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 675  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 676  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 677  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 678  *
 679  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 680  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 681  * the unsigned long maximum.
 682  *
 683  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 684  * 10ms ticks is 248 days.
 685  */
 686 int
 687 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 688 {
 689         int ticks;
 690         long sec, usec;
 691
 692         sec = tv->tv_sec;
 693         usec = tv->tv_usec;
 694         if (usec < 0) {
 695                 sec--;
 696                 usec += 1000000;
 697         }
 698         if (sec < 0) {
 699 #ifdef DIAGNOSTIC
 700                 if (usec > 0) {
 701                         sec++;
 702                         usec -= 1000000;
 703                 }
 704                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 705                        sec, usec);
 706 #endif
 707                 ticks = 1;
 708         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 709                 ticks = (int)(sec * hz +
 710                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 711         } else {
 712                 ticks = INT_MAX;
 713         }
 714         return (ticks);
 715 }
 716
 717 /*
 718  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 719  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 720  * of ticks will not result in a late return.
 721  *
 722  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 723  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 724  * 1 tick.
 725  *
 726  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 727  * 10ms ticks is 248 days.
 728  */
 729 int
 730 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 731 {
 732         int ticks;
 733         long sec;
 734
 735         sec = tv->tv_sec;
 736         if (sec <= INT_MAX / hz)
 737                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 738         else
 739                 ticks = INT_MAX;
 740         return (ticks);
 741 }
 742
 743
 744 /*
 745  * Start profiling on a process.
 746  *
 747  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 748  * keeps the profile clock running constantly.
 749  */
 750 void
 751 startprofclock(struct proc *p)
 752 {
 753         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 754                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 755 #if 0   /* XXX */
 756                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 757                         crit_enter();
 758                         psdiv = psratio;
 759                         setstatclockrate(profhz);
 760                         crit_exit();
 761                 }
 762 #endif
 763         }
 764 }
 765
 766 /*
 767  * Stop profiling on a process.
 768  */
 769 void
 770 stopprofclock(struct proc *p)
 771 {
 772         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 773                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 774 #if 0   /* XXX */
 775                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 776                         crit_enter();
 777                         psdiv = 1;
 778                         setstatclockrate(stathz);
 779                         crit_exit();
 780                 }
 781 #endif
 782         }
 783 }
 784
 785 /*
 786  * Return information about system clocks.
 787  */
 788 static int
 789 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 790 {
 791         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 792         /*
 793          * Construct clockinfo structure.
 794          */
 795         clkinfo.ci_hz = hz;
 796         clkinfo.ci_tick = tick;
 797         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 798         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 799         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 800         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 801 }
 802
 803 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 804         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 805
 806 /*
 807  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 808  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 809  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 810  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 811  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 812  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 813  * time relative to system boot, these are well suited for time
 814  * interval measurements.
 815  *
 816  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 817  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 818  * check on the seconds field changing out from under us.
 819  *
 820  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
 821  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
 822  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
 823  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
 824  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
 825  */
 826 void
 827 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 828 {
 829         struct globaldata *gd = mycpu;
 830         sysclock_t delta;
 831
 832         do {
 833                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 834                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 835         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 836
 837         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 838                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 839                 delta %= sys_cputimer->freq;
 840         }
 841         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 842         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 843                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 844                 ++tvp->tv_sec;
 845         }
 846 }
 847
 848 void
 849 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 850 {
 851         struct globaldata *gd = mycpu;
 852         sysclock_t delta;
 853
 854         do {
 855                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 856                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 857         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 858
 859         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 860                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 861                 delta %= sys_cputimer->freq;
 862         }
 863         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 864 }
 865
 866 void
 867 microuptime(struct timeval *tvp)
 868 {
 869         struct globaldata *gd = mycpu;
 870         sysclock_t delta;
 871
 872         do {
 873                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 874                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 875         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 876
 877         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 878                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 879                 delta %= sys_cputimer->freq;
 880         }
 881         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 882 }
 883
 884 void
 885 nanouptime(struct timespec *tsp)
 886 {
 887         struct globaldata *gd = mycpu;
 888         sysclock_t delta;
 889
 890         do {
 891                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 892                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 893         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 894
 895         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 896                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 897                 delta %= sys_cputimer->freq;
 898         }
 899         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 900 }
 901
 902 /*
 903  * realtime routines
 904  */
 905
 906 void
 907 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 908 {
 909         struct globaldata *gd = mycpu;
 910         struct timespec *bt;
 911         sysclock_t delta;
 912
 913         do {
 914                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 915                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 916         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 917
 918         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 919                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 920                 delta %= sys_cputimer->freq;
 921         }
 922         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 923
 924         bt = &basetime[basetime_index];
 925         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 926         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 927         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 928                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 929                 ++tvp->tv_sec;
 930         }
 931 }
 932
 933 void
 934 getnanotime(struct timespec *tsp)
 935 {
 936         struct globaldata *gd = mycpu;
 937         struct timespec *bt;
 938         sysclock_t delta;
 939
 940         do {
 941                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 942                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 943         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 944
 945         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 946                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 947                 delta %= sys_cputimer->freq;
 948         }
 949         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 950
 951         bt = &basetime[basetime_index];
 952         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 953         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 954         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 955                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 956                 ++tsp->tv_sec;
 957         }
 958 }
 959
 960 static void
 961 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
 962 {
 963         struct globaldata *gd = mycpu;
 964         sysclock_t delta;
 965
 966         do {
 967                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 968                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 969         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 970
 971         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 972                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 973                 delta %= sys_cputimer->freq;
 974         }
 975         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 976
 977         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
 978         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
 979         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 980                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 981                 ++tsp->tv_sec;
 982         }
 983 }
 984
 985
 986 void
 987 microtime(struct timeval *tvp)
 988 {
 989         struct globaldata *gd = mycpu;
 990         struct timespec *bt;
 991         sysclock_t delta;
 992
 993         do {
 994                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 995                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 996         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 997
 998         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 999                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1000                 delta %= sys_cputimer->freq;
1001         }
1002         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1003
1004         bt = &basetime[basetime_index];
1005         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1006         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1007         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1008                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1009                 ++tvp->tv_sec;
1010         }
1011 }
1012
1013 void
1014 nanotime(struct timespec *tsp)
1015 {
1016         struct globaldata *gd = mycpu;
1017         struct timespec *bt;
1018         sysclock_t delta;
1019
1020         do {
1021                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1022                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1023         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1024
1025         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1026                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1027                 delta %= sys_cputimer->freq;
1028         }
1029         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1030
1031         bt = &basetime[basetime_index];
1032         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1033         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1034         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1035                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1036                 ++tsp->tv_sec;
1037         }
1038 }
1039
1040 /*
1041  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1042  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1043  */
1044 time_t
1045 get_approximate_time_t(void)
1046 {
1047         struct globaldata *gd = mycpu;
1048         struct timespec *bt;
1049
1050         bt = &basetime[basetime_index];
1051         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1052 }
1053
1054 int
1055 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1056 {
1057         pps_params_t *app;
1058         struct pps_fetch_args *fapi;
1059 #ifdef PPS_SYNC
1060         struct pps_kcbind_args *kapi;
1061 #endif
1062
1063         switch (cmd) {
1064         case PPS_IOC_CREATE:
1065                 return (0);
1066         case PPS_IOC_DESTROY:
1067                 return (0);
1068         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1069                 app = (pps_params_t *)data;
1070                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1071                         return (EINVAL);
1072                 pps->ppsparam = *app;
1073                 return (0);
1074         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1075                 app = (pps_params_t *)data;
1076                 *app = pps->ppsparam;
1077                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1078                 return (0);
1079         case PPS_IOC_GETCAP:
1080                 *(int*)data = pps->ppscap;
1081                 return (0);
1082         case PPS_IOC_FETCH:
1083                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1084                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1085                         return (EINVAL);
1086                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1087                         return (EOPNOTSUPP);
1088                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1089                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1090                 return (0);
1091         case PPS_IOC_KCBIND:
1092 #ifdef PPS_SYNC
1093                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1094                 /* XXX Only root should be able to do this */
1095                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1096                         return (EINVAL);
1097                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1098                         return (EINVAL);
1099                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1100                         return (EINVAL);
1101                 pps->kcmode = kapi->edge;
1102                 return (0);
1103 #else
1104                 return (EOPNOTSUPP);
1105 #endif
1106         default:
1107                 return (ENOTTY);
1108         }
1109 }
1110
1111 void
1112 pps_init(struct pps_state *pps)
1113 {
1114         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1115         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1116                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1117         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1118                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1119 }
1120
1121 void
1122 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1123 {
1124         struct globaldata *gd;
1125         struct timespec *tsp;
1126         struct timespec *osp;
1127         struct timespec *bt;
1128         struct timespec ts;
1129         sysclock_t *pcount;
1130 #ifdef PPS_SYNC
1131         sysclock_t tcount;
1132 #endif
1133         sysclock_t delta;
1134         pps_seq_t *pseq;
1135         int foff;
1136         int fhard;
1137
1138         gd = mycpu;
1139
1140         /* Things would be easier with arrays... */
1141         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1142                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1143                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1144                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1145                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1146                 pcount = &pps->ppscount[0];
1147                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1148         } else {
1149                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1150                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1151                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1152                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1153                 pcount = &pps->ppscount[1];
1154                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1155         }
1156
1157         /* Nothing really happened */
1158         if (*pcount == count)
1159                 return;
1160
1161         *pcount = count;
1162
1163         do {
1164                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1165                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1166         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1167
1168         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1169                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1170                 delta %= sys_cputimer->freq;
1171         }
1172         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1173         bt = &basetime[basetime_index];
1174         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1175         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1176         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1177                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1178                 ++ts.tv_sec;
1179         }
1180
1181         (*pseq)++;
1182         *tsp = ts;
1183
1184         if (foff) {
1185                 timespecadd(tsp, osp);
1186                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1187                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1188                         tsp->tv_sec -= 1;
1189                 }
1190         }
1191 #ifdef PPS_SYNC
1192         if (fhard) {
1193                 /* magic, at its best... */
1194                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1195                 pps->ppscount[2] = count;
1196                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1197                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1198                                  sys_cputimer->freq64_nsec *
1199                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1200                 } else {
1201                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1202                 }
1203                 hardpps(tsp, delta);
1204         }
1205 #endif
1206 }
1207