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 1.50 2005/10/24 08:06:16 sephe 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 <sys/sysctl.h>
  95 #include <sys/thread2.h>
  96
  97 #include <machine/cpu.h>
  98 #include <machine/limits.h>
  99 #include <machine/smp.h>
 100
 101 #ifdef GPROF
 102 #include <sys/gmon.h>
 103 #endif
 104
 105 #ifdef DEVICE_POLLING
 106 extern void init_device_poll(void);
 107 #endif
 108
 109 static void initclocks (void *dummy);
 110 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
 111
 112 /*
 113  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
 114  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
 115  * just compare relative times against the total by delta.
 116  */
 117 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
 118 #ifdef SMP
 119 static int
 120 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 121 {
 122         int cpu, error = 0;
 123         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
 124
 125         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 126                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_percpu[cpu], size)))
 127                         break;
 128         }
 129
 130         return (error);
 131 }
 132 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 133         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
 134 #else
 135 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, cputime, CTLFLAG_RD, &cpu_time, kinfo_cputime,
 136     "CPU time statistics");
 137 #endif
 138
 139 /*
 140  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 141  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 142  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 143  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 144  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 145  *
 146  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 147  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 148  * the real time.
 149  */
 150 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 151 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 152
 153 /*
 154  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 155  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 156  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 157  *
 158  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 159  * gd_cpuclock_base.
 160  *
 161  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 162  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 163  * interrupt races on UP systems.
 164  */
 165 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 166 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 167 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 168 static volatile int basetime_index;
 169
 170 static int
 171 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 172 {
 173         struct timespec *bt;
 174         int error;
 175         int index;
 176
 177         /*
 178          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
 179          * a load fence is required to ensure that the data we read has
 180          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
 181          */
 182         index = basetime_index;
 183         cpu_lfence();
 184         bt = &basetime[index];
 185         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 186         return (error);
 187 }
 188
 189 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 190     &boottime, timespec, "System boottime");
 191 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 192     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 193
 194 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 195 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 196 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 197 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 198
 199 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 200 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 201 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 202 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 203
 204 /* NTPD time correction fields */
 205 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 206 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 207 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 208 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 209 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 210 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 211 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 212 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 213
 214 /*
 215  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 216  */
 217 /* ARGSUSED*/
 218 static void
 219 initclocks(void *dummy)
 220 {
 221         cpu_initclocks();
 222 #ifdef DEVICE_POLLING
 223         init_device_poll();
 224 #endif
 225         /*psratio = profhz / stathz;*/
 226         initclocks_pcpu();
 227         clocks_running = 1;
 228 }
 229
 230 /*
 231  * Called on a per-cpu basis
 232  */
 233 void
 234 initclocks_pcpu(void)
 235 {
 236         struct globaldata *gd = mycpu;
 237
 238         crit_enter();
 239         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 240             gd->gd_time_seconds = 1;
 241             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
 242         } else {
 243             /* XXX */
 244             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 245             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 246         }
 247
 248         /*
 249          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 250          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 251          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 252          * the actual sysclock, not the ticks count.
 253          */
 254         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 255         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 256         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 257         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 258                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 259         crit_exit();
 260 }
 261
 262 /*
 263  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 264  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 265  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 266  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 267  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 268  *
 269  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 270  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 271  */
 272 void
 273 set_timeofday(struct timespec *ts)
 274 {
 275         struct timespec *nbt;
 276         int ni;
 277
 278         /*
 279          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 280          */
 281         crit_enter();
 282         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 283         nbt = &basetime[ni];
 284         nanouptime(nbt);
 285         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 286         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 287         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 288             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 289             --nbt->tv_sec;
 290         }
 291
 292         /*
 293          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 294          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 295          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 296          * can simply assign boottime to basetime.
 297          *
 298          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 299          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 300          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 301          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 302          * into account in the basetime calculation above.
 303          */
 304         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 305         ntp_delta = 0;
 306
 307         /*
 308          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
 309          * then update the index.
 310          */
 311         cpu_sfence();
 312         basetime_index = ni;
 313
 314         crit_exit();
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 319  * on cpu #0.
 320  *
 321  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 322  * manipulate objects owned by the current cpu.
 323  */
 324 static void
 325 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 326 {
 327         sysclock_t cputicks;
 328         struct proc *p;
 329         struct pstats *pstats;
 330         struct globaldata *gd = mycpu;
 331
 332         /*
 333          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 334          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 335          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 336          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 337          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 338          * stay in synch.
 339          *
 340          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 341          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 342          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 343          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 344          * timers count events, though everything should resynch again
 345          * immediately.
 346          */
 347         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 348         if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
 349                 ++gd->gd_time_seconds;
 350                 gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq;
 351         }
 352
 353         /*
 354          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 355          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 356          * by updating basetime.
 357          */
 358         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 359             struct timespec *nbt;
 360             struct timespec nts;
 361             int leap;
 362             int ni;
 363
 364             ++ticks;
 365
 366 #if 0
 367             if (tco->tc_poll_pps)
 368                 tco->tc_poll_pps(tco);
 369 #endif
 370
 371             /*
 372              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 373              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 374              * with the current basetime and then make adjustments.
 375              */
 376             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 377             nbt = &basetime[ni];
 378             *nbt = basetime[basetime_index];
 379
 380             /*
 381              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 382              *
 383              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 384              * sufficient to access these variables.
 385              */
 386             if (ntp_delta != 0) {
 387                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 388                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 389                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 390                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 391                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 392                 }
 393             }
 394
 395             /*
 396              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 397              */
 398             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 399                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 400                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 401                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 402                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 403                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 404                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 405                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 406                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 407                 }
 408             }
 409
 410             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 411                     nbt->tv_sec++;
 412                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 413             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 414                     nbt->tv_sec--;
 415                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 416             }
 417
 418             /*
 419              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 420              */
 421             if (nsec_adj != 0) {
 422                 nsec_acc += nsec_adj;
 423                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 424                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 425                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 426                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 427                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 428                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 429                 }
 430                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 431                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 432                     ++nbt->tv_sec;
 433                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 434                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 435                     --nbt->tv_sec;
 436                 }
 437             }
 438
 439             /************************************************************
 440              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 441              ************************************************************
 442              *
 443              * Taking into account all the corrections made above, figure
 444              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 445              * then apply any pending leap-second corrections.
 446              */
 447             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 448
 449             if (time_second != nts.tv_sec) {
 450                 /*
 451                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 452                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 453                  */
 454                 if (ntp_leap_second) {
 455                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 456                         if (ntp_leap_insert) {
 457                             nbt->tv_sec++;
 458                             nts.tv_sec++;
 459                         } else {
 460                             nbt->tv_sec--;
 461                             nts.tv_sec--;
 462                         }
 463                         ntp_leap_second--;
 464                     }
 465                 }
 466
 467                 /*
 468                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 469                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 470                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 471                  */
 472                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 473                 nsec_adj /= hz;
 474                 nbt->tv_sec += leap;
 475                 nts.tv_sec += leap;
 476
 477                 /*
 478                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 479                  */
 480                 time_second = nts.tv_sec;
 481             }
 482
 483             /*
 484              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 485              */
 486             cpu_sfence();
 487             basetime_index = ni;
 488         }
 489
 490         /*
 491          * softticks are handled for all cpus
 492          */
 493         hardclock_softtick(gd);
 494
 495         /*
 496          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 497          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 498          */
 499         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 500                 pstats = p->p_stats;
 501                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 502                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 503                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 504                         psignal(p, SIGVTALRM);
 505                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 506                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 507                         psignal(p, SIGPROF);
 508                 rel_mplock();
 509         }
 510         setdelayed();
 511 }
 512
 513 /*
 514  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 515  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 516  *
 517  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 518  * manipulate objects owned by the current cpu.
 519  *
 520  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 521  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 522  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 523  * p->p_estcpu.
 524  *
 525  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 526  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 527  * interrupted.
 528  */
 529 static void
 530 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 531 {
 532 #ifdef GPROF
 533         struct gmonparam *g;
 534         int i;
 535 #endif
 536         thread_t td;
 537         struct proc *p;
 538         int bump;
 539         struct timeval tv;
 540         struct timeval *stv;
 541
 542         /*
 543          * How big was our timeslice relative to the last time?
 544          */
 545         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 546         stv = &mycpu->gd_stattv;
 547         if (stv->tv_sec == 0) {
 548             bump = 1;
 549         } else {
 550             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 551                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 552             if (bump < 0)
 553                 bump = 0;
 554             if (bump > 1000000)
 555                 bump = 1000000;
 556         }
 557         *stv = tv;
 558
 559         td = curthread;
 560         p = td->td_proc;
 561
 562         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 563                 /*
 564                  * Came from userland, handle user time and deal with
 565                  * possible process.
 566                  */
 567                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 568                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 569                 td->td_uticks += bump;
 570
 571                 /*
 572                  * Charge the time as appropriate
 573                  */
 574                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 575                         cpu_time.cp_nice += bump;
 576                 else
 577                         cpu_time.cp_user += bump;
 578         } else {
 579 #ifdef GPROF
 580                 /*
 581                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 582                  */
 583                 g = &_gmonparam;
 584                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 585                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 586                         if (i < g->textsize) {
 587                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 588                                 g->kcount[i]++;
 589                         }
 590                 }
 591 #endif
 592                 /*
 593                  * Came from kernel mode, so we were:
 594                  * - handling an interrupt,
 595                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 596                  *   user process, or
 597                  * - spinning in the idle loop.
 598                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 599                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 600                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 601                  * so that we know how much of its real time was spent
 602                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 603                  *
 604                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 605                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
 606                  */
 607                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 608                         td->td_iticks += bump;
 609                 else
 610                         td->td_sticks += bump;
 611
 612                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 613                         cpu_time.cp_intr += bump;
 614                 } else {
 615                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 616                                 cpu_time.cp_idle += bump;
 617                         else
 618                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 619                 }
 620         }
 621 }
 622
 623 /*
 624  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
 625  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 626  * but that's about it.
 627  *
 628  * Each cpu has its own scheduler clock.
 629  */
 630 static void
 631 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 632 {
 633         struct lwp *lp;
 634         struct pstats *pstats;
 635         struct rusage *ru;
 636         struct vmspace *vm;
 637         long rss;
 638
 639         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
 640                 /*
 641                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
 642                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
 643                  * HERE.
 644                  */
 645                 ++lp->lwp_cpticks;
 646                 /*
 647                  * XXX I think accessing lwp_proc's p_usched is
 648                  * reasonably MP safe.  This needs to be revisited
 649                  * when we have pluggable schedulers.
 650                  */
 651                 lp->lwp_proc->p_usched->schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
 652         }
 653         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
 654                 /*
 655                  * Update resource usage integrals and maximums.
 656                  */
 657                 if ((pstats = lp->lwp_stats) != NULL &&
 658                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 659                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
 660                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 661                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 662                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 663                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 664                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 665                                 ru->ru_maxrss = rss;
 666                 }
 667         }
 668 }
 669
 670 /*
 671  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 672  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 673  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 674  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 675  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 676  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 677  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 678  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 679  *
 680  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 681  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 682  * the unsigned long maximum.
 683  *
 684  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 685  * 10ms ticks is 248 days.
 686  */
 687 int
 688 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 689 {
 690         int ticks;
 691         long sec, usec;
 692
 693         sec = tv->tv_sec;
 694         usec = tv->tv_usec;
 695         if (usec < 0) {
 696                 sec--;
 697                 usec += 1000000;
 698         }
 699         if (sec < 0) {
 700 #ifdef DIAGNOSTIC
 701                 if (usec > 0) {
 702                         sec++;
 703                         usec -= 1000000;
 704                 }
 705                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 706                        sec, usec);
 707 #endif
 708                 ticks = 1;
 709         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 710                 ticks = (int)(sec * hz +
 711                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 712         } else {
 713                 ticks = INT_MAX;
 714         }
 715         return (ticks);
 716 }
 717
 718 /*
 719  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 720  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 721  * of ticks will not result in a late return.
 722  *
 723  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 724  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 725  * 1 tick.
 726  *
 727  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 728  * 10ms ticks is 248 days.
 729  */
 730 int
 731 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 732 {
 733         int ticks;
 734         long sec;
 735
 736         sec = tv->tv_sec;
 737         if (sec <= INT_MAX / hz)
 738                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 739         else
 740                 ticks = INT_MAX;
 741         return (ticks);
 742 }
 743
 744
 745 /*
 746  * Start profiling on a process.
 747  *
 748  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 749  * keeps the profile clock running constantly.
 750  */
 751 void
 752 startprofclock(struct proc *p)
 753 {
 754         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 755                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 756 #if 0   /* XXX */
 757                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 758                         crit_enter();
 759                         psdiv = psratio;
 760                         setstatclockrate(profhz);
 761                         crit_exit();
 762                 }
 763 #endif
 764         }
 765 }
 766
 767 /*
 768  * Stop profiling on a process.
 769  */
 770 void
 771 stopprofclock(struct proc *p)
 772 {
 773         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 774                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 775 #if 0   /* XXX */
 776                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 777                         crit_enter();
 778                         psdiv = 1;
 779                         setstatclockrate(stathz);
 780                         crit_exit();
 781                 }
 782 #endif
 783         }
 784 }
 785
 786 /*
 787  * Return information about system clocks.
 788  */
 789 static int
 790 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 791 {
 792         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 793         /*
 794          * Construct clockinfo structure.
 795          */
 796         clkinfo.ci_hz = hz;
 797         clkinfo.ci_tick = tick;
 798         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 799         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 800         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 801         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 802 }
 803
 804 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 805         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 806
 807 /*
 808  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 809  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 810  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 811  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 812  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 813  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 814  * time relative to system boot, these are well suited for time
 815  * interval measurements.
 816  *
 817  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 818  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 819  * check on the seconds field changing out from under us.
 820  *
 821  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
 822  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
 823  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
 824  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
 825  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
 826  */
 827 void
 828 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 829 {
 830         struct globaldata *gd = mycpu;
 831         sysclock_t delta;
 832
 833         do {
 834                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 835                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 836         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 837
 838         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 839                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 840                 delta %= sys_cputimer->freq;
 841         }
 842         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 843         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 844                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 845                 ++tvp->tv_sec;
 846         }
 847 }
 848
 849 void
 850 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 851 {
 852         struct globaldata *gd = mycpu;
 853         sysclock_t delta;
 854
 855         do {
 856                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 857                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 858         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 859
 860         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 861                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 862                 delta %= sys_cputimer->freq;
 863         }
 864         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 865 }
 866
 867 void
 868 microuptime(struct timeval *tvp)
 869 {
 870         struct globaldata *gd = mycpu;
 871         sysclock_t delta;
 872
 873         do {
 874                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 875                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 876         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 877
 878         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 879                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 880                 delta %= sys_cputimer->freq;
 881         }
 882         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 883 }
 884
 885 void
 886 nanouptime(struct timespec *tsp)
 887 {
 888         struct globaldata *gd = mycpu;
 889         sysclock_t delta;
 890
 891         do {
 892                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 893                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 894         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 895
 896         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 897                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 898                 delta %= sys_cputimer->freq;
 899         }
 900         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 901 }
 902
 903 /*
 904  * realtime routines
 905  */
 906
 907 void
 908 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 909 {
 910         struct globaldata *gd = mycpu;
 911         struct timespec *bt;
 912         sysclock_t delta;
 913
 914         do {
 915                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 916                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 917         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 918
 919         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 920                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 921                 delta %= sys_cputimer->freq;
 922         }
 923         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 924
 925         bt = &basetime[basetime_index];
 926         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 927         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 928         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 929                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 930                 ++tvp->tv_sec;
 931         }
 932 }
 933
 934 void
 935 getnanotime(struct timespec *tsp)
 936 {
 937         struct globaldata *gd = mycpu;
 938         struct timespec *bt;
 939         sysclock_t delta;
 940
 941         do {
 942                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 943                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 944         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 945
 946         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 947                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 948                 delta %= sys_cputimer->freq;
 949         }
 950         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 951
 952         bt = &basetime[basetime_index];
 953         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 954         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 955         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 956                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 957                 ++tsp->tv_sec;
 958         }
 959 }
 960
 961 static void
 962 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
 963 {
 964         struct globaldata *gd = mycpu;
 965         sysclock_t delta;
 966
 967         do {
 968                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 969                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 970         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 971
 972         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 973                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 974                 delta %= sys_cputimer->freq;
 975         }
 976         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 977
 978         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
 979         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
 980         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 981                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 982                 ++tsp->tv_sec;
 983         }
 984 }
 985
 986
 987 void
 988 microtime(struct timeval *tvp)
 989 {
 990         struct globaldata *gd = mycpu;
 991         struct timespec *bt;
 992         sysclock_t delta;
 993
 994         do {
 995                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 996                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 997         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 998
 999         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1000                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1001                 delta %= sys_cputimer->freq;
1002         }
1003         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1004
1005         bt = &basetime[basetime_index];
1006         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1007         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1008         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1009                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1010                 ++tvp->tv_sec;
1011         }
1012 }
1013
1014 void
1015 nanotime(struct timespec *tsp)
1016 {
1017         struct globaldata *gd = mycpu;
1018         struct timespec *bt;
1019         sysclock_t delta;
1020
1021         do {
1022                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1023                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1024         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1025
1026         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1027                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1028                 delta %= sys_cputimer->freq;
1029         }
1030         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1031
1032         bt = &basetime[basetime_index];
1033         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1034         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1035         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1036                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1037                 ++tsp->tv_sec;
1038         }
1039 }
1040
1041 /*
1042  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1043  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1044  */
1045 time_t
1046 get_approximate_time_t(void)
1047 {
1048         struct globaldata *gd = mycpu;
1049         struct timespec *bt;
1050
1051         bt = &basetime[basetime_index];
1052         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1053 }
1054
1055 int
1056 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1057 {
1058         pps_params_t *app;
1059         struct pps_fetch_args *fapi;
1060 #ifdef PPS_SYNC
1061         struct pps_kcbind_args *kapi;
1062 #endif
1063
1064         switch (cmd) {
1065         case PPS_IOC_CREATE:
1066                 return (0);
1067         case PPS_IOC_DESTROY:
1068                 return (0);
1069         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1070                 app = (pps_params_t *)data;
1071                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1072                         return (EINVAL);
1073                 pps->ppsparam = *app;
1074                 return (0);
1075         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1076                 app = (pps_params_t *)data;
1077                 *app = pps->ppsparam;
1078                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1079                 return (0);
1080         case PPS_IOC_GETCAP:
1081                 *(int*)data = pps->ppscap;
1082                 return (0);
1083         case PPS_IOC_FETCH:
1084                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1085                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1086                         return (EINVAL);
1087                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1088                         return (EOPNOTSUPP);
1089                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1090                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1091                 return (0);
1092         case PPS_IOC_KCBIND:
1093 #ifdef PPS_SYNC
1094                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1095                 /* XXX Only root should be able to do this */
1096                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1097                         return (EINVAL);
1098                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1099                         return (EINVAL);
1100                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1101                         return (EINVAL);
1102                 pps->kcmode = kapi->edge;
1103                 return (0);
1104 #else
1105                 return (EOPNOTSUPP);
1106 #endif
1107         default:
1108                 return (ENOTTY);
1109         }
1110 }
1111
1112 void
1113 pps_init(struct pps_state *pps)
1114 {
1115         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1116         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1117                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1118         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1119                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1120 }
1121
1122 void
1123 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1124 {
1125         struct globaldata *gd;
1126         struct timespec *tsp;
1127         struct timespec *osp;
1128         struct timespec *bt;
1129         struct timespec ts;
1130         sysclock_t *pcount;
1131 #ifdef PPS_SYNC
1132         sysclock_t tcount;
1133 #endif
1134         sysclock_t delta;
1135         pps_seq_t *pseq;
1136         int foff;
1137         int fhard;
1138
1139         gd = mycpu;
1140
1141         /* Things would be easier with arrays... */
1142         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1143                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1144                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1145                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1146                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1147                 pcount = &pps->ppscount[0];
1148                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1149         } else {
1150                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1151                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1152                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1153                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1154                 pcount = &pps->ppscount[1];
1155                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1156         }
1157
1158         /* Nothing really happened */
1159         if (*pcount == count)
1160                 return;
1161
1162         *pcount = count;
1163
1164         do {
1165                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1166                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1167         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1168
1169         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1170                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1171                 delta %= sys_cputimer->freq;
1172         }
1173         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1174         bt = &basetime[basetime_index];
1175         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1176         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1177         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1178                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1179                 ++ts.tv_sec;
1180         }
1181
1182         (*pseq)++;
1183         *tsp = ts;
1184
1185         if (foff) {
1186                 timespecadd(tsp, osp);
1187                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1188                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1189                         tsp->tv_sec -= 1;
1190                 }
1191         }
1192 #ifdef PPS_SYNC
1193         if (fhard) {
1194                 /* magic, at its best... */
1195                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1196                 pps->ppscount[2] = count;
1197                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1198                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1199                                  sys_cputimer->freq64_nsec *
1200                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1201                 } else {
1202                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1203                 }
1204                 hardpps(tsp, delta);
1205         }
1206 #endif
1207 }
1208