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 1.52 2006/06/01 16:49:59 dillon Exp $
  74  */
  75
  76 #include "opt_ntp.h"
  77 #include "opt_polling.h"
  78
  79 #include <sys/param.h>
  80 #include <sys/systm.h>
  81 #include <sys/callout.h>
  82 #include <sys/kernel.h>
  83 #include <sys/kinfo.h>
  84 #include <sys/proc.h>
  85 #include <sys/malloc.h>
  86 #include <sys/resourcevar.h>
  87 #include <sys/signalvar.h>
  88 #include <sys/timex.h>
  89 #include <sys/timepps.h>
  90 #include <vm/vm.h>
  91 #include <sys/lock.h>
  92 #include <vm/pmap.h>
  93 #include <vm/vm_map.h>
  94 #include <vm/vm_extern.h>
  95 #include <sys/sysctl.h>
  96 #include <sys/thread2.h>
  97
  98 #include <machine/cpu.h>
  99 #include <machine/limits.h>
 100 #include <machine/smp.h>
 101
 102 #ifdef GPROF
 103 #include <sys/gmon.h>
 104 #endif
 105
 106 #ifdef DEVICE_POLLING
 107 extern void init_device_poll(void);
 108 #endif
 109
 110 static void initclocks (void *dummy);
 111 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
 112
 113 /*
 114  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
 115  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
 116  * just compare relative times against the total by delta.
 117  */
 118 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
 119 #ifdef SMP
 120 static int
 121 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 122 {
 123         int cpu, error = 0;
 124         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
 125
 126         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 127                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_percpu[cpu], size)))
 128                         break;
 129         }
 130
 131         return (error);
 132 }
 133 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 134         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
 135 #else
 136 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, cputime, CTLFLAG_RD, &cpu_time, kinfo_cputime,
 137     "CPU time statistics");
 138 #endif
 139
 140 /*
 141  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 142  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 143  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 144  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 145  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 146  *
 147  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 148  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 149  * the real time.
 150  */
 151 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 152 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 153
 154 /*
 155  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 156  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 157  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 158  *
 159  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 160  * gd_cpuclock_base.
 161  *
 162  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 163  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 164  * interrupt races on UP systems.
 165  */
 166 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 167 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 168 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 169 static volatile int basetime_index;
 170
 171 static int
 172 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 173 {
 174         struct timespec *bt;
 175         int error;
 176         int index;
 177
 178         /*
 179          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
 180          * a load fence is required to ensure that the data we read has
 181          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
 182          */
 183         index = basetime_index;
 184         cpu_lfence();
 185         bt = &basetime[index];
 186         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 187         return (error);
 188 }
 189
 190 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 191     &boottime, timespec, "System boottime");
 192 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 193     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 194
 195 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 196 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 197 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 198 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 199
 200 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 201 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 202 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 203 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 204
 205 /* NTPD time correction fields */
 206 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 207 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 208 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 209 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 210 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 211 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 212 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 213 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 214
 215 /*
 216  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 217  */
 218 /* ARGSUSED*/
 219 static void
 220 initclocks(void *dummy)
 221 {
 222         cpu_initclocks();
 223 #ifdef DEVICE_POLLING
 224         init_device_poll();
 225 #endif
 226         /*psratio = profhz / stathz;*/
 227         initclocks_pcpu();
 228         clocks_running = 1;
 229 }
 230
 231 /*
 232  * Called on a per-cpu basis
 233  */
 234 void
 235 initclocks_pcpu(void)
 236 {
 237         struct globaldata *gd = mycpu;
 238
 239         crit_enter();
 240         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 241             gd->gd_time_seconds = 1;
 242             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
 243         } else {
 244             /* XXX */
 245             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 246             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 247         }
 248
 249         /*
 250          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 251          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 252          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 253          * the actual sysclock, not the ticks count.
 254          */
 255         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 256         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 257         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 258         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 259                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 260         crit_exit();
 261 }
 262
 263 /*
 264  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 265  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 266  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 267  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 268  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 269  *
 270  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 271  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 272  */
 273 void
 274 set_timeofday(struct timespec *ts)
 275 {
 276         struct timespec *nbt;
 277         int ni;
 278
 279         /*
 280          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 281          */
 282         crit_enter();
 283         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 284         nbt = &basetime[ni];
 285         nanouptime(nbt);
 286         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 287         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 288         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 289             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 290             --nbt->tv_sec;
 291         }
 292
 293         /*
 294          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 295          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 296          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 297          * can simply assign boottime to basetime.
 298          *
 299          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 300          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 301          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 302          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 303          * into account in the basetime calculation above.
 304          */
 305         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 306         ntp_delta = 0;
 307
 308         /*
 309          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
 310          * then update the index.
 311          */
 312         cpu_sfence();
 313         basetime_index = ni;
 314
 315         crit_exit();
 316 }
 317
 318 /*
 319  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 320  * on cpu #0.
 321  *
 322  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 323  * manipulate objects owned by the current cpu.
 324  */
 325 static void
 326 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 327 {
 328         sysclock_t cputicks;
 329         struct proc *p;
 330         struct pstats *pstats;
 331         struct globaldata *gd = mycpu;
 332
 333         /*
 334          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 335          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 336          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 337          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 338          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 339          * stay in synch.
 340          *
 341          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 342          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 343          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 344          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 345          * timers count events, though everything should resynch again
 346          * immediately.
 347          */
 348         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 349         if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
 350                 ++gd->gd_time_seconds;
 351                 gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq;
 352         }
 353
 354         /*
 355          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 356          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 357          * by updating basetime.
 358          */
 359         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 360             struct timespec *nbt;
 361             struct timespec nts;
 362             int leap;
 363             int ni;
 364
 365             ++ticks;
 366
 367 #if 0
 368             if (tco->tc_poll_pps)
 369                 tco->tc_poll_pps(tco);
 370 #endif
 371
 372             /*
 373              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 374              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 375              * with the current basetime and then make adjustments.
 376              */
 377             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 378             nbt = &basetime[ni];
 379             *nbt = basetime[basetime_index];
 380
 381             /*
 382              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 383              *
 384              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 385              * sufficient to access these variables.
 386              */
 387             if (ntp_delta != 0) {
 388                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 389                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 390                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 391                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 392                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 393                 }
 394             }
 395
 396             /*
 397              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 398              */
 399             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 400                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 401                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 402                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 403                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 404                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 405                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 406                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 407                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 408                 }
 409             }
 410
 411             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 412                     nbt->tv_sec++;
 413                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 414             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 415                     nbt->tv_sec--;
 416                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 417             }
 418
 419             /*
 420              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 421              */
 422             if (nsec_adj != 0) {
 423                 nsec_acc += nsec_adj;
 424                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 425                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 426                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 427                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 428                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 429                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 430                 }
 431                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 432                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 433                     ++nbt->tv_sec;
 434                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 435                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 436                     --nbt->tv_sec;
 437                 }
 438             }
 439
 440             /************************************************************
 441              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 442              ************************************************************
 443              *
 444              * Taking into account all the corrections made above, figure
 445              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 446              * then apply any pending leap-second corrections.
 447              */
 448             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 449
 450             if (time_second != nts.tv_sec) {
 451                 /*
 452                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 453                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 454                  */
 455                 if (ntp_leap_second) {
 456                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 457                         if (ntp_leap_insert) {
 458                             nbt->tv_sec++;
 459                             nts.tv_sec++;
 460                         } else {
 461                             nbt->tv_sec--;
 462                             nts.tv_sec--;
 463                         }
 464                         ntp_leap_second--;
 465                     }
 466                 }
 467
 468                 /*
 469                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 470                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 471                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 472                  */
 473                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 474                 nsec_adj /= hz;
 475                 nbt->tv_sec += leap;
 476                 nts.tv_sec += leap;
 477
 478                 /*
 479                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 480                  */
 481                 time_second = nts.tv_sec;
 482             }
 483
 484             /*
 485              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 486              */
 487             cpu_sfence();
 488             basetime_index = ni;
 489
 490             /*
 491              * Figure out how badly the system is starved for memory
 492              */
 493             vm_fault_ratecheck();
 494         }
 495
 496         /*
 497          * softticks are handled for all cpus
 498          */
 499         hardclock_softtick(gd);
 500
 501         /*
 502          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 503          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 504          */
 505         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 506                 pstats = p->p_stats;
 507                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 508                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 509                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 510                         psignal(p, SIGVTALRM);
 511                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 512                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 513                         psignal(p, SIGPROF);
 514                 rel_mplock();
 515         }
 516         setdelayed();
 517 }
 518
 519 /*
 520  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 521  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 522  *
 523  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 524  * manipulate objects owned by the current cpu.
 525  *
 526  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 527  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 528  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 529  * p->p_estcpu.
 530  *
 531  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 532  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 533  * interrupted.
 534  */
 535 static void
 536 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 537 {
 538 #ifdef GPROF
 539         struct gmonparam *g;
 540         int i;
 541 #endif
 542         thread_t td;
 543         struct proc *p;
 544         int bump;
 545         struct timeval tv;
 546         struct timeval *stv;
 547
 548         /*
 549          * How big was our timeslice relative to the last time?
 550          */
 551         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 552         stv = &mycpu->gd_stattv;
 553         if (stv->tv_sec == 0) {
 554             bump = 1;
 555         } else {
 556             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 557                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 558             if (bump < 0)
 559                 bump = 0;
 560             if (bump > 1000000)
 561                 bump = 1000000;
 562         }
 563         *stv = tv;
 564
 565         td = curthread;
 566         p = td->td_proc;
 567
 568         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 569                 /*
 570                  * Came from userland, handle user time and deal with
 571                  * possible process.
 572                  */
 573                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 574                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 575                 td->td_uticks += bump;
 576
 577                 /*
 578                  * Charge the time as appropriate
 579                  */
 580                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 581                         cpu_time.cp_nice += bump;
 582                 else
 583                         cpu_time.cp_user += bump;
 584         } else {
 585 #ifdef GPROF
 586                 /*
 587                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 588                  */
 589                 g = &_gmonparam;
 590                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 591                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 592                         if (i < g->textsize) {
 593                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 594                                 g->kcount[i]++;
 595                         }
 596                 }
 597 #endif
 598                 /*
 599                  * Came from kernel mode, so we were:
 600                  * - handling an interrupt,
 601                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 602                  *   user process, or
 603                  * - spinning in the idle loop.
 604                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 605                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 606                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 607                  * so that we know how much of its real time was spent
 608                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 609                  *
 610                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 611                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
 612                  */
 613                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 614                         td->td_iticks += bump;
 615                 else
 616                         td->td_sticks += bump;
 617
 618                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 619                         cpu_time.cp_intr += bump;
 620                 } else {
 621                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 622                                 cpu_time.cp_idle += bump;
 623                         else
 624                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 625                 }
 626         }
 627 }
 628
 629 /*
 630  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
 631  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 632  * but that's about it.
 633  *
 634  * Each cpu has its own scheduler clock.
 635  */
 636 static void
 637 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 638 {
 639         struct lwp *lp;
 640         struct pstats *pstats;
 641         struct rusage *ru;
 642         struct vmspace *vm;
 643         long rss;
 644
 645         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
 646                 /*
 647                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
 648                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
 649                  * HERE.
 650                  */
 651                 ++lp->lwp_cpticks;
 652                 lp->lwp_proc->p_usched->schedulerclock(lp, info->periodic,
 653                                                        info->time);
 654         }
 655         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
 656                 /*
 657                  * Update resource usage integrals and maximums.
 658                  */
 659                 if ((pstats = lp->lwp_stats) != NULL &&
 660                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 661                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
 662                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 663                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 664                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 665                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 666                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 667                                 ru->ru_maxrss = rss;
 668                 }
 669         }
 670 }
 671
 672 /*
 673  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 674  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 675  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 676  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 677  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 678  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 679  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 680  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 681  *
 682  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 683  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 684  * the unsigned long maximum.
 685  *
 686  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 687  * 10ms ticks is 248 days.
 688  */
 689 int
 690 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 691 {
 692         int ticks;
 693         long sec, usec;
 694
 695         sec = tv->tv_sec;
 696         usec = tv->tv_usec;
 697         if (usec < 0) {
 698                 sec--;
 699                 usec += 1000000;
 700         }
 701         if (sec < 0) {
 702 #ifdef DIAGNOSTIC
 703                 if (usec > 0) {
 704                         sec++;
 705                         usec -= 1000000;
 706                 }
 707                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 708                        sec, usec);
 709 #endif
 710                 ticks = 1;
 711         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 712                 ticks = (int)(sec * hz +
 713                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 714         } else {
 715                 ticks = INT_MAX;
 716         }
 717         return (ticks);
 718 }
 719
 720 /*
 721  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 722  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 723  * of ticks will not result in a late return.
 724  *
 725  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 726  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 727  * 1 tick.
 728  *
 729  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 730  * 10ms ticks is 248 days.
 731  */
 732 int
 733 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 734 {
 735         int ticks;
 736         long sec;
 737
 738         sec = tv->tv_sec;
 739         if (sec <= INT_MAX / hz)
 740                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 741         else
 742                 ticks = INT_MAX;
 743         return (ticks);
 744 }
 745
 746
 747 /*
 748  * Start profiling on a process.
 749  *
 750  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 751  * keeps the profile clock running constantly.
 752  */
 753 void
 754 startprofclock(struct proc *p)
 755 {
 756         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 757                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 758 #if 0   /* XXX */
 759                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 760                         crit_enter();
 761                         psdiv = psratio;
 762                         setstatclockrate(profhz);
 763                         crit_exit();
 764                 }
 765 #endif
 766         }
 767 }
 768
 769 /*
 770  * Stop profiling on a process.
 771  */
 772 void
 773 stopprofclock(struct proc *p)
 774 {
 775         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 776                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 777 #if 0   /* XXX */
 778                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 779                         crit_enter();
 780                         psdiv = 1;
 781                         setstatclockrate(stathz);
 782                         crit_exit();
 783                 }
 784 #endif
 785         }
 786 }
 787
 788 /*
 789  * Return information about system clocks.
 790  */
 791 static int
 792 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 793 {
 794         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 795         /*
 796          * Construct clockinfo structure.
 797          */
 798         clkinfo.ci_hz = hz;
 799         clkinfo.ci_tick = tick;
 800         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 801         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 802         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 803         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 804 }
 805
 806 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 807         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 808
 809 /*
 810  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 811  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 812  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 813  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 814  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 815  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 816  * time relative to system boot, these are well suited for time
 817  * interval measurements.
 818  *
 819  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 820  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 821  * check on the seconds field changing out from under us.
 822  *
 823  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
 824  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
 825  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
 826  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
 827  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
 828  */
 829 void
 830 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 831 {
 832         struct globaldata *gd = mycpu;
 833         sysclock_t delta;
 834
 835         do {
 836                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 837                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 838         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 839
 840         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 841                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 842                 delta %= sys_cputimer->freq;
 843         }
 844         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 845         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 846                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 847                 ++tvp->tv_sec;
 848         }
 849 }
 850
 851 void
 852 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 853 {
 854         struct globaldata *gd = mycpu;
 855         sysclock_t delta;
 856
 857         do {
 858                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 859                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 860         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 861
 862         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 863                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 864                 delta %= sys_cputimer->freq;
 865         }
 866         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 867 }
 868
 869 void
 870 microuptime(struct timeval *tvp)
 871 {
 872         struct globaldata *gd = mycpu;
 873         sysclock_t delta;
 874
 875         do {
 876                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 877                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 878         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 879
 880         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 881                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 882                 delta %= sys_cputimer->freq;
 883         }
 884         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 885 }
 886
 887 void
 888 nanouptime(struct timespec *tsp)
 889 {
 890         struct globaldata *gd = mycpu;
 891         sysclock_t delta;
 892
 893         do {
 894                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 895                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 896         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 897
 898         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 899                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 900                 delta %= sys_cputimer->freq;
 901         }
 902         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 903 }
 904
 905 /*
 906  * realtime routines
 907  */
 908
 909 void
 910 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 911 {
 912         struct globaldata *gd = mycpu;
 913         struct timespec *bt;
 914         sysclock_t delta;
 915
 916         do {
 917                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 918                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 919         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 920
 921         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 922                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 923                 delta %= sys_cputimer->freq;
 924         }
 925         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 926
 927         bt = &basetime[basetime_index];
 928         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 929         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 930         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 931                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 932                 ++tvp->tv_sec;
 933         }
 934 }
 935
 936 void
 937 getnanotime(struct timespec *tsp)
 938 {
 939         struct globaldata *gd = mycpu;
 940         struct timespec *bt;
 941         sysclock_t delta;
 942
 943         do {
 944                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 945                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 946         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 947
 948         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 949                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 950                 delta %= sys_cputimer->freq;
 951         }
 952         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 953
 954         bt = &basetime[basetime_index];
 955         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 956         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 957         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 958                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 959                 ++tsp->tv_sec;
 960         }
 961 }
 962
 963 static void
 964 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
 965 {
 966         struct globaldata *gd = mycpu;
 967         sysclock_t delta;
 968
 969         do {
 970                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 971                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 972         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 973
 974         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 975                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 976                 delta %= sys_cputimer->freq;
 977         }
 978         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 979
 980         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
 981         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
 982         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 983                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 984                 ++tsp->tv_sec;
 985         }
 986 }
 987
 988
 989 void
 990 microtime(struct timeval *tvp)
 991 {
 992         struct globaldata *gd = mycpu;
 993         struct timespec *bt;
 994         sysclock_t delta;
 995
 996         do {
 997                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 998                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 999         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1000
1001         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1002                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1003                 delta %= sys_cputimer->freq;
1004         }
1005         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1006
1007         bt = &basetime[basetime_index];
1008         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1009         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1010         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1011                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1012                 ++tvp->tv_sec;
1013         }
1014 }
1015
1016 void
1017 nanotime(struct timespec *tsp)
1018 {
1019         struct globaldata *gd = mycpu;
1020         struct timespec *bt;
1021         sysclock_t delta;
1022
1023         do {
1024                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1025                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1026         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1027
1028         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1029                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1030                 delta %= sys_cputimer->freq;
1031         }
1032         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1033
1034         bt = &basetime[basetime_index];
1035         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1036         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1037         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1038                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1039                 ++tsp->tv_sec;
1040         }
1041 }
1042
1043 /*
1044  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1045  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1046  */
1047 time_t
1048 get_approximate_time_t(void)
1049 {
1050         struct globaldata *gd = mycpu;
1051         struct timespec *bt;
1052
1053         bt = &basetime[basetime_index];
1054         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1055 }
1056
1057 int
1058 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1059 {
1060         pps_params_t *app;
1061         struct pps_fetch_args *fapi;
1062 #ifdef PPS_SYNC
1063         struct pps_kcbind_args *kapi;
1064 #endif
1065
1066         switch (cmd) {
1067         case PPS_IOC_CREATE:
1068                 return (0);
1069         case PPS_IOC_DESTROY:
1070                 return (0);
1071         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1072                 app = (pps_params_t *)data;
1073                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1074                         return (EINVAL);
1075                 pps->ppsparam = *app;
1076                 return (0);
1077         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1078                 app = (pps_params_t *)data;
1079                 *app = pps->ppsparam;
1080                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1081                 return (0);
1082         case PPS_IOC_GETCAP:
1083                 *(int*)data = pps->ppscap;
1084                 return (0);
1085         case PPS_IOC_FETCH:
1086                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1087                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1088                         return (EINVAL);
1089                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1090                         return (EOPNOTSUPP);
1091                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1092                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1093                 return (0);
1094         case PPS_IOC_KCBIND:
1095 #ifdef PPS_SYNC
1096                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1097                 /* XXX Only root should be able to do this */
1098                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1099                         return (EINVAL);
1100                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1101                         return (EINVAL);
1102                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1103                         return (EINVAL);
1104                 pps->kcmode = kapi->edge;
1105                 return (0);
1106 #else
1107                 return (EOPNOTSUPP);
1108 #endif
1109         default:
1110                 return (ENOTTY);
1111         }
1112 }
1113
1114 void
1115 pps_init(struct pps_state *pps)
1116 {
1117         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1118         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1119                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1120         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1121                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1122 }
1123
1124 void
1125 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1126 {
1127         struct globaldata *gd;
1128         struct timespec *tsp;
1129         struct timespec *osp;
1130         struct timespec *bt;
1131         struct timespec ts;
1132         sysclock_t *pcount;
1133 #ifdef PPS_SYNC
1134         sysclock_t tcount;
1135 #endif
1136         sysclock_t delta;
1137         pps_seq_t *pseq;
1138         int foff;
1139         int fhard;
1140
1141         gd = mycpu;
1142
1143         /* Things would be easier with arrays... */
1144         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1145                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1146                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1147                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1148                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1149                 pcount = &pps->ppscount[0];
1150                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1151         } else {
1152                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1153                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1154                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1155                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1156                 pcount = &pps->ppscount[1];
1157                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1158         }
1159
1160         /* Nothing really happened */
1161         if (*pcount == count)
1162                 return;
1163
1164         *pcount = count;
1165
1166         do {
1167                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1168                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1169         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1170
1171         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1172                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1173                 delta %= sys_cputimer->freq;
1174         }
1175         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1176         bt = &basetime[basetime_index];
1177         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1178         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1179         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1180                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1181                 ++ts.tv_sec;
1182         }
1183
1184         (*pseq)++;
1185         *tsp = ts;
1186
1187         if (foff) {
1188                 timespecadd(tsp, osp);
1189                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1190                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1191                         tsp->tv_sec -= 1;
1192                 }
1193         }
1194 #ifdef PPS_SYNC
1195         if (fhard) {
1196                 /* magic, at its best... */
1197                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1198                 pps->ppscount[2] = count;
1199                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1200                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1201                                  sys_cputimer->freq64_nsec *
1202                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1203                 } else {
1204                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1205                 }
1206                 hardpps(tsp, delta);
1207         }
1208 #endif
1209 }
1210