sys/kern/lwkt_ipiq.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
  35 /*
  36  * This module implements IPI message queueing and the MI portion of IPI
  37  * message processing.
  38  */
  39
  40 #include "opt_ddb.h"
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/systm.h>
  44 #include <sys/kernel.h>
  45 #include <sys/proc.h>
  46 #include <sys/rtprio.h>
  47 #include <sys/queue.h>
  48 #include <sys/thread2.h>
  49 #include <sys/sysctl.h>
  50 #include <sys/ktr.h>
  51 #include <sys/kthread.h>
  52 #include <machine/cpu.h>
  53 #include <sys/lock.h>
  54
  55 #include <vm/vm.h>
  56 #include <vm/vm_param.h>
  57 #include <vm/vm_kern.h>
  58 #include <vm/vm_object.h>
  59 #include <vm/vm_page.h>
  60 #include <vm/vm_map.h>
  61 #include <vm/vm_pager.h>
  62 #include <vm/vm_extern.h>
  63 #include <vm/vm_zone.h>
  64
  65 #include <machine/stdarg.h>
  66 #include <machine/smp.h>
  67 #include <machine/clock.h>
  68 #include <machine/atomic.h>
  69
  70 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
  71 #include <pthread.h>
  72 #endif
  73
  74 struct ipiq_stats {
  75     int64_t ipiq_count;         /* total calls to lwkt_send_ipiq*() */
  76     int64_t ipiq_fifofull;      /* number of fifo full conditions detected */
  77     int64_t ipiq_avoided;       /* interlock with target avoids cpu ipi */
  78     int64_t ipiq_passive;       /* passive IPI messages */
  79     int64_t ipiq_cscount;       /* number of cpu synchronizations */
  80 } __cachealign;
  81
  82 static struct ipiq_stats ipiq_stats_percpu[MAXCPU];
  83 #define ipiq_stat(gd)   ipiq_stats_percpu[(gd)->gd_cpuid]
  84
  85 static int ipiq_debug;          /* set to 1 for debug */
  86 #ifdef PANIC_DEBUG
  87 static int      panic_ipiq_cpu = -1;
  88 static int      panic_ipiq_count = 100;
  89 #endif
  90
  91 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, ipiq_debug, CTLFLAG_RW, &ipiq_debug, 0,
  92     "");
  93 #ifdef PANIC_DEBUG
  94 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_ipiq_cpu, CTLFLAG_RW, &panic_ipiq_cpu, 0, "");
  95 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_ipiq_count, CTLFLAG_RW, &panic_ipiq_count, 0, "");
  96 #endif
  97
  98 #define IPIQ_STRING     "func=%p arg1=%p arg2=%d scpu=%d dcpu=%d"
  99 #define IPIQ_ARGS       void *func, void *arg1, int arg2, int scpu, int dcpu
 100
 101 #if !defined(KTR_IPIQ)
 102 #define KTR_IPIQ        KTR_ALL
 103 #endif
 104 KTR_INFO_MASTER(ipiq);
 105 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, send_norm, 0, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 106 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, send_pasv, 1, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 107 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, send_nbio, 2, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 108 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, send_fail, 3, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 109 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, receive, 4, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 110 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, sync_start, 5, "cpumask=%08lx", unsigned long mask);
 111 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, sync_end, 6, "cpumask=%08lx", unsigned long mask);
 112 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, cpu_send, 7, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 113 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, send_end, 8, IPIQ_STRING, IPIQ_ARGS);
 114 KTR_INFO(KTR_IPIQ, ipiq, sync_quick, 9, "cpumask=%08lx", unsigned long mask);
 115
 116 #define logipiq(name, func, arg1, arg2, sgd, dgd)       \
 117         KTR_LOG(ipiq_ ## name, func, arg1, arg2, sgd->gd_cpuid, dgd->gd_cpuid)
 118 #define logipiq2(name, arg)     \
 119         KTR_LOG(ipiq_ ## name, arg)
 120
 121 static int lwkt_process_ipiq_core(globaldata_t sgd, lwkt_ipiq_t ip,
 122                                   struct intrframe *frame);
 123 static void lwkt_cpusync_remote1(lwkt_cpusync_t cs);
 124 static void lwkt_cpusync_remote2(lwkt_cpusync_t cs);
 125
 126 #define IPIQ_SYSCTL(name) \
 127 static int \
 128 sysctl_##name(SYSCTL_HANDLER_ARGS) \
 129 { \
 130     int64_t val = 0; \
 131     int cpu, error; \
 132  \
 133     for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) \
 134         val += ipiq_stats_percpu[cpu].name; \
 135  \
 136     error = sysctl_handle_quad(oidp, &val, 0, req); \
 137     if (error || req->newptr == NULL) \
 138         return error; \
 139  \
 140     for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) \
 141         ipiq_stats_percpu[cpu].name = val; \
 142  \
 143     return 0; \
 144 }
 145
 146 IPIQ_SYSCTL(ipiq_count);
 147 IPIQ_SYSCTL(ipiq_fifofull);
 148 IPIQ_SYSCTL(ipiq_avoided);
 149 IPIQ_SYSCTL(ipiq_passive);
 150 IPIQ_SYSCTL(ipiq_cscount);
 151
 152 SYSCTL_PROC(_lwkt, OID_AUTO, ipiq_count, (CTLTYPE_QUAD | CTLFLAG_RW),
 153     0, 0, sysctl_ipiq_count, "Q", "Number of IPI's sent");
 154 SYSCTL_PROC(_lwkt, OID_AUTO, ipiq_fifofull, (CTLTYPE_QUAD | CTLFLAG_RW),
 155     0, 0, sysctl_ipiq_fifofull, "Q",
 156     "Number of fifo full conditions detected");
 157 SYSCTL_PROC(_lwkt, OID_AUTO, ipiq_avoided, (CTLTYPE_QUAD | CTLFLAG_RW),
 158     0, 0, sysctl_ipiq_avoided, "Q",
 159     "Number of IPI's avoided by interlock with target cpu");
 160 SYSCTL_PROC(_lwkt, OID_AUTO, ipiq_passive, (CTLTYPE_QUAD | CTLFLAG_RW),
 161     0, 0, sysctl_ipiq_passive, "Q",
 162     "Number of passive IPI messages sent");
 163 SYSCTL_PROC(_lwkt, OID_AUTO, ipiq_cscount, (CTLTYPE_QUAD | CTLFLAG_RW),
 164     0, 0, sysctl_ipiq_cscount, "Q",
 165     "Number of cpu synchronizations");
 166
 167 /*
 168  * Send a function execution request to another cpu.  The request is queued
 169  * on the cpu<->cpu ipiq matrix.  Each cpu owns a unique ipiq FIFO for every
 170  * possible target cpu.  The FIFO can be written.
 171  *
 172  * If the FIFO fills up we have to enable interrupts to avoid an APIC
 173  * deadlock and process pending IPIQs while waiting for it to empty.
 174  * Otherwise we may soft-deadlock with another cpu whos FIFO is also full.
 175  *
 176  * We can safely bump gd_intr_nesting_level because our crit_exit() at the
 177  * end will take care of any pending interrupts.
 178  *
 179  * The actual hardware IPI is avoided if the target cpu is already processing
 180  * the queue from a prior IPI.  It is possible to pipeline IPI messages
 181  * very quickly between cpus due to the FIFO hysteresis.
 182  *
 183  * Need not be called from a critical section.
 184  */
 185 int
 186 lwkt_send_ipiq3(globaldata_t target, ipifunc3_t func, void *arg1, int arg2)
 187 {
 188     lwkt_ipiq_t ip;
 189     int windex;
 190 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 191     int repeating = 0;
 192 #endif
 193     struct globaldata *gd = mycpu;
 194
 195     logipiq(send_norm, func, arg1, arg2, gd, target);
 196
 197     if (target == gd) {
 198         func(arg1, arg2, NULL);
 199         logipiq(send_end, func, arg1, arg2, gd, target);
 200         return(0);
 201     }
 202     crit_enter();
 203     ++gd->gd_intr_nesting_level;
 204 #ifdef INVARIANTS
 205     if (gd->gd_intr_nesting_level > 20)
 206         panic("lwkt_send_ipiq: TOO HEAVILY NESTED!");
 207 #endif
 208     KKASSERT(curthread->td_critcount);
 209     ++ipiq_stat(gd).ipiq_count;
 210     ip = &gd->gd_ipiq[target->gd_cpuid];
 211
 212     /*
 213      * Do not allow the FIFO to become full.  Interrupts must be physically
 214      * enabled while we liveloop to avoid deadlocking the APIC.
 215      *
 216      * The target ipiq may have gotten filled up due to passive IPIs and thus
 217      * not be aware that its queue is too full, so be sure to issue an
 218      * ipiq interrupt to the target cpu.
 219      */
 220     if (ip->ip_windex - ip->ip_rindex > MAXCPUFIFO / 2) {
 221 #if defined(__x86_64__)
 222         unsigned long rflags = read_rflags();
 223 #else
 224 #error "no read_*flags"
 225 #endif
 226
 227         cpu_enable_intr();
 228         ++ipiq_stat(gd).ipiq_fifofull;
 229         DEBUG_PUSH_INFO("send_ipiq3");
 230         while (ip->ip_windex - ip->ip_rindex > MAXCPUFIFO / 4) {
 231             if (atomic_poll_acquire_int(&target->gd_npoll)) {
 232                 logipiq(cpu_send, func, arg1, arg2, gd, target);
 233                 cpu_send_ipiq(target->gd_cpuid);
 234             }
 235             KKASSERT(ip->ip_windex - ip->ip_rindex != MAXCPUFIFO - 1);
 236             lwkt_process_ipiq();
 237             cpu_pause();
 238 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 239             if (repeating++ > 10)
 240                     pthread_yield();
 241 #endif
 242         }
 243         DEBUG_POP_INFO();
 244 #if defined(__x86_64__)
 245         write_rflags(rflags);
 246 #else
 247 #error "no write_*flags"
 248 #endif
 249     }
 250
 251     /*
 252      * Queue the new message
 253      */
 254     windex = ip->ip_windex & MAXCPUFIFO_MASK;
 255     ip->ip_info[windex].func = func;
 256     ip->ip_info[windex].arg1 = arg1;
 257     ip->ip_info[windex].arg2 = arg2;
 258     cpu_sfence();
 259     ++ip->ip_windex;
 260     ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(target->gd_ipimask, gd->gd_cpuid);
 261
 262     /*
 263      * signal the target cpu that there is work pending.
 264      */
 265     if (atomic_poll_acquire_int(&target->gd_npoll)) {
 266         logipiq(cpu_send, func, arg1, arg2, gd, target);
 267         cpu_send_ipiq(target->gd_cpuid);
 268     } else {
 269         ++ipiq_stat(gd).ipiq_avoided;
 270     }
 271     --gd->gd_intr_nesting_level;
 272     crit_exit();
 273     logipiq(send_end, func, arg1, arg2, gd, target);
 274
 275     return(ip->ip_windex);
 276 }
 277
 278 /*
 279  * Similar to lwkt_send_ipiq() but this function does not actually initiate
 280  * the IPI to the target cpu unless the FIFO has become too full, so it is
 281  * very fast.
 282  *
 283  * This function is used for non-critical IPI messages, such as memory
 284  * deallocations.  The queue will typically be flushed by the target cpu at
 285  * the next clock interrupt.
 286  *
 287  * Need not be called from a critical section.
 288  */
 289 int
 290 lwkt_send_ipiq3_passive(globaldata_t target, ipifunc3_t func,
 291                         void *arg1, int arg2)
 292 {
 293     lwkt_ipiq_t ip;
 294     int windex;
 295 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 296     int repeating = 0;
 297 #endif
 298     struct globaldata *gd = mycpu;
 299
 300     KKASSERT(target != gd);
 301     crit_enter();
 302     ++gd->gd_intr_nesting_level;
 303     logipiq(send_pasv, func, arg1, arg2, gd, target);
 304 #ifdef INVARIANTS
 305     if (gd->gd_intr_nesting_level > 20)
 306         panic("lwkt_send_ipiq: TOO HEAVILY NESTED!");
 307 #endif
 308     KKASSERT(curthread->td_critcount);
 309     ++ipiq_stat(gd).ipiq_count;
 310     ++ipiq_stat(gd).ipiq_passive;
 311     ip = &gd->gd_ipiq[target->gd_cpuid];
 312
 313     /*
 314      * Do not allow the FIFO to become full.  Interrupts must be physically
 315      * enabled while we liveloop to avoid deadlocking the APIC.
 316      */
 317     if (ip->ip_windex - ip->ip_rindex > MAXCPUFIFO / 2) {
 318 #if defined(__x86_64__)
 319         unsigned long rflags = read_rflags();
 320 #else
 321 #error "no read_*flags"
 322 #endif
 323
 324         cpu_enable_intr();
 325         ++ipiq_stat(gd).ipiq_fifofull;
 326         DEBUG_PUSH_INFO("send_ipiq3_passive");
 327         while (ip->ip_windex - ip->ip_rindex > MAXCPUFIFO / 4) {
 328             if (atomic_poll_acquire_int(&target->gd_npoll)) {
 329                 logipiq(cpu_send, func, arg1, arg2, gd, target);
 330                 cpu_send_ipiq(target->gd_cpuid);
 331             }
 332             KKASSERT(ip->ip_windex - ip->ip_rindex != MAXCPUFIFO - 1);
 333             lwkt_process_ipiq();
 334             cpu_pause();
 335 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 336             if (repeating++ > 10)
 337                     pthread_yield();
 338 #endif
 339         }
 340         DEBUG_POP_INFO();
 341 #if defined(__x86_64__)
 342         write_rflags(rflags);
 343 #else
 344 #error "no write_*flags"
 345 #endif
 346     }
 347
 348     /*
 349      * Queue the new message
 350      */
 351     windex = ip->ip_windex & MAXCPUFIFO_MASK;
 352     ip->ip_info[windex].func = func;
 353     ip->ip_info[windex].arg1 = arg1;
 354     ip->ip_info[windex].arg2 = arg2;
 355     cpu_sfence();
 356     ++ip->ip_windex;
 357     ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(target->gd_ipimask, gd->gd_cpuid);
 358     --gd->gd_intr_nesting_level;
 359
 360     /*
 361      * Do not signal the target cpu, it will pick up the IPI when it next
 362      * polls (typically on the next tick).
 363      */
 364     crit_exit();
 365     logipiq(send_end, func, arg1, arg2, gd, target);
 366
 367     return(ip->ip_windex);
 368 }
 369
 370 /*
 371  * Send an IPI request without blocking, return 0 on success, ENOENT on
 372  * failure.  The actual queueing of the hardware IPI may still force us
 373  * to spin and process incoming IPIs but that will eventually go away
 374  * when we've gotten rid of the other general IPIs.
 375  */
 376 int
 377 lwkt_send_ipiq3_nowait(globaldata_t target, ipifunc3_t func,
 378                        void *arg1, int arg2)
 379 {
 380     lwkt_ipiq_t ip;
 381     int windex;
 382     struct globaldata *gd = mycpu;
 383
 384     logipiq(send_nbio, func, arg1, arg2, gd, target);
 385     KKASSERT(curthread->td_critcount);
 386     if (target == gd) {
 387         func(arg1, arg2, NULL);
 388         logipiq(send_end, func, arg1, arg2, gd, target);
 389         return(0);
 390     }
 391     crit_enter();
 392     ++gd->gd_intr_nesting_level;
 393     ++ipiq_stat(gd).ipiq_count;
 394     ip = &gd->gd_ipiq[target->gd_cpuid];
 395
 396     if (ip->ip_windex - ip->ip_rindex >= MAXCPUFIFO * 2 / 3) {
 397         logipiq(send_fail, func, arg1, arg2, gd, target);
 398         --gd->gd_intr_nesting_level;
 399         crit_exit();
 400         return(ENOENT);
 401     }
 402     windex = ip->ip_windex & MAXCPUFIFO_MASK;
 403     ip->ip_info[windex].func = func;
 404     ip->ip_info[windex].arg1 = arg1;
 405     ip->ip_info[windex].arg2 = arg2;
 406     cpu_sfence();
 407     ++ip->ip_windex;
 408     ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(target->gd_ipimask, gd->gd_cpuid);
 409
 410     /*
 411      * This isn't a passive IPI, we still have to signal the target cpu.
 412      */
 413     if (atomic_poll_acquire_int(&target->gd_npoll)) {
 414         logipiq(cpu_send, func, arg1, arg2, gd, target);
 415         cpu_send_ipiq(target->gd_cpuid);
 416     } else {
 417         ++ipiq_stat(gd).ipiq_avoided;
 418     }
 419     --gd->gd_intr_nesting_level;
 420     crit_exit();
 421
 422     logipiq(send_end, func, arg1, arg2, gd, target);
 423     return(0);
 424 }
 425
 426 /*
 427  * deprecated, used only by fast int forwarding.
 428  */
 429 int
 430 lwkt_send_ipiq3_bycpu(int dcpu, ipifunc3_t func, void *arg1, int arg2)
 431 {
 432     return(lwkt_send_ipiq3(globaldata_find(dcpu), func, arg1, arg2));
 433 }
 434
 435 /*
 436  * Send a message to several target cpus.  Typically used for scheduling.
 437  * The message will not be sent to stopped cpus.
 438  */
 439 int
 440 lwkt_send_ipiq3_mask(cpumask_t mask, ipifunc3_t func, void *arg1, int arg2)
 441 {
 442     int cpuid;
 443     int count = 0;
 444
 445     CPUMASK_NANDMASK(mask, stopped_cpus);
 446     while (CPUMASK_TESTNZERO(mask)) {
 447         cpuid = BSFCPUMASK(mask);
 448         lwkt_send_ipiq3(globaldata_find(cpuid), func, arg1, arg2);
 449         CPUMASK_NANDBIT(mask, cpuid);
 450         ++count;
 451     }
 452     return(count);
 453 }
 454
 455 /*
 456  * Wait for the remote cpu to finish processing a function.
 457  *
 458  * YYY we have to enable interrupts and process the IPIQ while waiting
 459  * for it to empty or we may deadlock with another cpu.  Create a CPU_*()
 460  * function to do this!  YYY we really should 'block' here.
 461  *
 462  * MUST be called from a critical section.  This routine may be called
 463  * from an interrupt (for example, if an interrupt wakes a foreign thread
 464  * up).
 465  */
 466 void
 467 lwkt_wait_ipiq(globaldata_t target, int seq)
 468 {
 469     lwkt_ipiq_t ip;
 470
 471     if (target != mycpu) {
 472         ip = &mycpu->gd_ipiq[target->gd_cpuid];
 473         if ((int)(ip->ip_xindex - seq) < 0) {
 474 #if defined(__x86_64__)
 475             unsigned long rflags = read_rflags();
 476 #else
 477 #error "no read_*flags"
 478 #endif
 479             int64_t time_tgt = tsc_get_target(1000000000LL);
 480             int time_loops = 10;
 481             int benice = 0;
 482 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 483             int repeating = 0;
 484 #endif
 485
 486             cpu_enable_intr();
 487             DEBUG_PUSH_INFO("wait_ipiq");
 488             while ((int)(ip->ip_xindex - seq) < 0) {
 489                 crit_enter();
 490                 lwkt_process_ipiq();
 491                 crit_exit();
 492 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 493                 if (repeating++ > 10)
 494                         pthread_yield();
 495 #endif
 496
 497                 /*
 498                  * IPIQs must be handled within 10 seconds and this code
 499                  * will warn after one second.
 500                  */
 501                 if ((benice & 255) == 0 && tsc_test_target(time_tgt) > 0) {
 502                         kprintf("LWKT_WAIT_IPIQ WARNING! %d wait %d (%d)\n",
 503                                 mycpu->gd_cpuid, target->gd_cpuid,
 504                                 ip->ip_xindex - seq);
 505                         if (--time_loops == 0)
 506                                 panic("LWKT_WAIT_IPIQ");
 507                         time_tgt = tsc_get_target(1000000000LL);
 508                 }
 509                 ++benice;
 510
 511                 /*
 512                  * xindex may be modified by another cpu, use a load fence
 513                  * to ensure that the loop does not use a speculative value
 514                  * (which may improve performance).
 515                  */
 516                 cpu_pause();
 517                 cpu_lfence();
 518             }
 519             DEBUG_POP_INFO();
 520 #if defined(__x86_64__)
 521             write_rflags(rflags);
 522 #else
 523 #error "no write_*flags"
 524 #endif
 525         }
 526     }
 527 }
 528
 529 int
 530 lwkt_seq_ipiq(globaldata_t target)
 531 {
 532     lwkt_ipiq_t ip;
 533
 534     ip = &mycpu->gd_ipiq[target->gd_cpuid];
 535     return(ip->ip_windex);
 536 }
 537
 538 /*
 539  * Called from IPI interrupt (like a fast interrupt), which has placed
 540  * us in a critical section.  The MP lock may or may not be held.
 541  * May also be called from doreti or splz, or be reentrantly called
 542  * indirectly through the ip_info[].func we run.
 543  *
 544  * There are two versions, one where no interrupt frame is available (when
 545  * called from the send code and from splz, and one where an interrupt
 546  * frame is available.
 547  *
 548  * When the current cpu is mastering a cpusync we do NOT internally loop
 549  * on the cpusyncq poll.  We also do not re-flag a pending ipi due to
 550  * the cpusyncq poll because this can cause doreti/splz to loop internally.
 551  * The cpusync master's own loop must be allowed to run to avoid a deadlock.
 552  */
 553 void
 554 lwkt_process_ipiq(void)
 555 {
 556     globaldata_t gd = mycpu;
 557     globaldata_t sgd;
 558     lwkt_ipiq_t ip;
 559     cpumask_t mask;
 560     int n;
 561
 562     ++gd->gd_processing_ipiq;
 563 again:
 564     cpu_lfence();
 565     mask = gd->gd_ipimask;
 566     ATOMIC_CPUMASK_NANDMASK(gd->gd_ipimask, mask);
 567     while (CPUMASK_TESTNZERO(mask)) {
 568         n = BSFCPUMASK(mask);
 569         if (n != gd->gd_cpuid) {
 570             sgd = globaldata_find(n);
 571             ip = sgd->gd_ipiq;
 572             if (ip != NULL) {
 573                 while (lwkt_process_ipiq_core(sgd, &ip[gd->gd_cpuid], NULL))
 574                     ;
 575             }
 576         }
 577         CPUMASK_NANDBIT(mask, n);
 578     }
 579
 580     /*
 581      * Process pending cpusyncs.  If the current thread has a cpusync
 582      * active cpusync we only run the list once and do not re-flag
 583      * as the thread itself is processing its interlock.
 584      */
 585     if (lwkt_process_ipiq_core(gd, &gd->gd_cpusyncq, NULL)) {
 586         if (gd->gd_curthread->td_cscount == 0)
 587             goto again;
 588         /* need_ipiq(); do not reflag */
 589     }
 590
 591     /*
 592      * Interlock to allow more IPI interrupts.  Recheck ipimask after
 593      * releasing gd_npoll.
 594      */
 595     if (CPUMASK_TESTNZERO(gd->gd_ipimask))
 596         goto again;
 597     atomic_poll_release_int(&gd->gd_npoll);
 598     cpu_mfence();
 599     if (CPUMASK_TESTNZERO(gd->gd_ipimask))
 600         goto again;
 601     --gd->gd_processing_ipiq;
 602 }
 603
 604 void
 605 lwkt_process_ipiq_frame(struct intrframe *frame)
 606 {
 607     globaldata_t gd = mycpu;
 608     globaldata_t sgd;
 609     lwkt_ipiq_t ip;
 610     cpumask_t mask;
 611     int n;
 612
 613 again:
 614     cpu_lfence();
 615     mask = gd->gd_ipimask;
 616     ATOMIC_CPUMASK_NANDMASK(gd->gd_ipimask, mask);
 617     while (CPUMASK_TESTNZERO(mask)) {
 618         n = BSFCPUMASK(mask);
 619         if (n != gd->gd_cpuid) {
 620             sgd = globaldata_find(n);
 621             ip = sgd->gd_ipiq;
 622             if (ip != NULL) {
 623                 while (lwkt_process_ipiq_core(sgd, &ip[gd->gd_cpuid], frame))
 624                     ;
 625             }
 626         }
 627         CPUMASK_NANDBIT(mask, n);
 628     }
 629     if (gd->gd_cpusyncq.ip_rindex != gd->gd_cpusyncq.ip_windex) {
 630         if (lwkt_process_ipiq_core(gd, &gd->gd_cpusyncq, frame)) {
 631             if (gd->gd_curthread->td_cscount == 0)
 632                 goto again;
 633             /* need_ipiq(); do not reflag */
 634         }
 635     }
 636
 637     /*
 638      * Interlock to allow more IPI interrupts.  Recheck ipimask after
 639      * releasing gd_npoll.
 640      */
 641     if (CPUMASK_TESTNZERO(gd->gd_ipimask))
 642         goto again;
 643     atomic_poll_release_int(&gd->gd_npoll);
 644     cpu_mfence();
 645     if (CPUMASK_TESTNZERO(gd->gd_ipimask))
 646         goto again;
 647 }
 648
 649 #if 0
 650 static int iqticks[SMP_MAXCPU];
 651 static int iqcount[SMP_MAXCPU];
 652 #endif
 653 #if 0
 654 static int iqterm[SMP_MAXCPU];
 655 #endif
 656
 657 static int
 658 lwkt_process_ipiq_core(globaldata_t sgd, lwkt_ipiq_t ip,
 659                        struct intrframe *frame)
 660 {
 661     globaldata_t mygd = mycpu;
 662     int ri;
 663     int wi;
 664     ipifunc3_t copy_func;
 665     void *copy_arg1;
 666     int copy_arg2;
 667
 668 #if 0
 669     if (iqticks[mygd->gd_cpuid] != ticks) {
 670             iqticks[mygd->gd_cpuid] = ticks;
 671             iqcount[mygd->gd_cpuid] = 0;
 672     }
 673     if (++iqcount[mygd->gd_cpuid] > 3000000) {
 674         kprintf("cpu %d ipiq maxed cscount %d spin %d\n",
 675                 mygd->gd_cpuid,
 676                 mygd->gd_curthread->td_cscount,
 677                 mygd->gd_spinlocks);
 678         iqcount[mygd->gd_cpuid] = 0;
 679 #if 0
 680         if (++iqterm[mygd->gd_cpuid] > 10)
 681                 panic("cpu %d ipiq maxed", mygd->gd_cpuid);
 682 #endif
 683         int i;
 684         for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
 685                 if (globaldata_find(i)->gd_infomsg)
 686                         kprintf(" %s", globaldata_find(i)->gd_infomsg);
 687         }
 688         kprintf("\n");
 689     }
 690 #endif
 691
 692     /*
 693      * Clear the originating core from our ipimask, we will process all
 694      * incoming messages.
 695      *
 696      * Obtain the current write index, which is modified by a remote cpu.
 697      * Issue a load fence to prevent speculative reads of e.g. data written
 698      * by the other cpu prior to it updating the index.
 699      */
 700     KKASSERT(curthread->td_critcount);
 701     wi = ip->ip_windex;
 702     cpu_lfence();
 703     ++mygd->gd_intr_nesting_level;
 704
 705     /*
 706      * NOTE: xindex is only updated after we are sure the function has
 707      *       finished execution.  Beware lwkt_process_ipiq() reentrancy!
 708      *       The function may send an IPI which may block/drain.
 709      *
 710      * NOTE: Due to additional IPI operations that the callback function
 711      *       may make, it is possible for both rindex and windex to advance and
 712      *       thus for rindex to advance passed our cached windex.
 713      *
 714      * NOTE: A load fence is required to prevent speculative loads prior
 715      *       to the loading of ip_rindex.  Even though stores might be
 716      *       ordered, loads are probably not.  A memory fence is required
 717      *       to prevent reordering of the loads after the ip_rindex update.
 718      *
 719      * NOTE: Single pass only.  Returns non-zero if the queue is not empty
 720      *       on return.
 721      */
 722     while (wi - (ri = ip->ip_rindex) > 0) {
 723         ri &= MAXCPUFIFO_MASK;
 724         cpu_lfence();
 725         copy_func = ip->ip_info[ri].func;
 726         copy_arg1 = ip->ip_info[ri].arg1;
 727         copy_arg2 = ip->ip_info[ri].arg2;
 728         cpu_mfence();
 729         ++ip->ip_rindex;
 730         KKASSERT((ip->ip_rindex & MAXCPUFIFO_MASK) ==
 731                  ((ri + 1) & MAXCPUFIFO_MASK));
 732         logipiq(receive, copy_func, copy_arg1, copy_arg2, sgd, mycpu);
 733 #ifdef INVARIANTS
 734         if (ipiq_debug && (ip->ip_rindex & 0xFFFFFF) == 0) {
 735                 kprintf("cpu %d ipifunc %p %p %d (frame %p)\n",
 736                         mycpu->gd_cpuid,
 737                         copy_func, copy_arg1, copy_arg2,
 738 #if defined(__x86_64__)
 739                         (frame ? (void *)frame->if_rip : NULL));
 740 #else
 741                         NULL);
 742 #endif
 743         }
 744 #endif
 745         copy_func(copy_arg1, copy_arg2, frame);
 746         cpu_sfence();
 747         ip->ip_xindex = ip->ip_rindex;
 748
 749 #ifdef PANIC_DEBUG
 750         /*
 751          * Simulate panics during the processing of an IPI
 752          */
 753         if (mycpu->gd_cpuid == panic_ipiq_cpu && panic_ipiq_count) {
 754                 if (--panic_ipiq_count == 0) {
 755 #ifdef DDB
 756                         Debugger("PANIC_DEBUG");
 757 #else
 758                         panic("PANIC_DEBUG");
 759 #endif
 760                 }
 761         }
 762 #endif
 763     }
 764     --mygd->gd_intr_nesting_level;
 765
 766     /*
 767      * Return non-zero if there is still more in the queue.
 768      */
 769     cpu_lfence();
 770     return (ip->ip_rindex != ip->ip_windex);
 771 }
 772
 773 static void
 774 lwkt_sync_ipiq(void *arg)
 775 {
 776     volatile cpumask_t *cpumask = arg;
 777
 778     ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(*cpumask, mycpu->gd_cpuid);
 779     if (CPUMASK_TESTZERO(*cpumask))
 780         wakeup(cpumask);
 781 }
 782
 783 void
 784 lwkt_synchronize_ipiqs(const char *wmesg)
 785 {
 786     volatile cpumask_t other_cpumask;
 787
 788     other_cpumask = smp_active_mask;
 789     CPUMASK_ANDMASK(other_cpumask, mycpu->gd_other_cpus);
 790     lwkt_send_ipiq_mask(other_cpumask, lwkt_sync_ipiq,
 791                         __DEVOLATILE(void *, &other_cpumask));
 792
 793     while (CPUMASK_TESTNZERO(other_cpumask)) {
 794         tsleep_interlock(&other_cpumask, 0);
 795         if (CPUMASK_TESTNZERO(other_cpumask))
 796             tsleep(&other_cpumask, PINTERLOCKED, wmesg, 0);
 797     }
 798 }
 799
 800 /*
 801  * CPU Synchronization Support
 802  *
 803  * lwkt_cpusync_interlock()     - Place specified cpus in a quiescent state.
 804  *                                The current cpu is placed in a hard critical
 805  *                                section.
 806  *
 807  * lwkt_cpusync_deinterlock()   - Execute cs_func on specified cpus, including
 808  *                                current cpu if specified, then return.
 809  */
 810 void
 811 lwkt_cpusync_simple(cpumask_t mask, cpusync_func_t func, void *arg)
 812 {
 813     struct lwkt_cpusync cs;
 814
 815     lwkt_cpusync_init(&cs, mask, func, arg);
 816     lwkt_cpusync_interlock(&cs);
 817     lwkt_cpusync_deinterlock(&cs);
 818 }
 819
 820
 821 void
 822 lwkt_cpusync_interlock(lwkt_cpusync_t cs)
 823 {
 824     globaldata_t gd = mycpu;
 825     cpumask_t mask;
 826
 827     /*
 828      * mask acknowledge (cs_mack):  0->mask for stage 1
 829      *
 830      * mack does not include the current cpu.
 831      */
 832     mask = cs->cs_mask;
 833     CPUMASK_ANDMASK(mask, gd->gd_other_cpus);
 834     CPUMASK_ANDMASK(mask, smp_active_mask);
 835     CPUMASK_ASSZERO(cs->cs_mack);
 836
 837     crit_enter_id("cpusync");
 838     if (CPUMASK_TESTNZERO(mask)) {
 839         DEBUG_PUSH_INFO("cpusync_interlock");
 840         ++ipiq_stat(gd).ipiq_cscount;
 841         ++gd->gd_curthread->td_cscount;
 842         lwkt_send_ipiq_mask(mask, (ipifunc1_t)lwkt_cpusync_remote1, cs);
 843         logipiq2(sync_start, (long)CPUMASK_LOWMASK(mask));
 844         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(cs->cs_mack, mask)) {
 845             lwkt_process_ipiq();
 846             cpu_pause();
 847 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 848             pthread_yield();
 849 #endif
 850         }
 851         DEBUG_POP_INFO();
 852     }
 853 }
 854
 855 /*
 856  * Interlocked cpus have executed remote1 and are polling in remote2.
 857  * To deinterlock we clear cs_mack and wait for the cpus to execute
 858  * the func and set their bit in cs_mack again.
 859  *
 860  */
 861 void
 862 lwkt_cpusync_deinterlock(lwkt_cpusync_t cs)
 863 {
 864     globaldata_t gd = mycpu;
 865     cpumask_t mask;
 866
 867     /*
 868      * mask acknowledge (cs_mack):  mack->0->mack for stage 2
 869      *
 870      * Clearing cpu bits for polling cpus in cs_mack will cause them to
 871      * execute stage 2, which executes the cs_func(cs_data) and then sets
 872      * their bit in cs_mack again.
 873      *
 874      * mack does not include the current cpu.
 875      */
 876     mask = cs->cs_mack;
 877     cpu_ccfence();
 878     CPUMASK_ASSZERO(cs->cs_mack);
 879     cpu_ccfence();
 880     if (cs->cs_func && CPUMASK_TESTBIT(cs->cs_mask, gd->gd_cpuid))
 881             cs->cs_func(cs->cs_data);
 882     if (CPUMASK_TESTNZERO(mask)) {
 883         DEBUG_PUSH_INFO("cpusync_deinterlock");
 884         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(cs->cs_mack, mask)) {
 885             lwkt_process_ipiq();
 886             cpu_pause();
 887 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 888             pthread_yield();
 889 #endif
 890         }
 891         DEBUG_POP_INFO();
 892         /*
 893          * cpusyncq ipis may be left queued without the RQF flag set due to
 894          * a non-zero td_cscount, so be sure to process any laggards after
 895          * decrementing td_cscount.
 896          */
 897         --gd->gd_curthread->td_cscount;
 898         lwkt_process_ipiq();
 899         logipiq2(sync_end, (long)CPUMASK_LOWMASK(mask));
 900     }
 901     crit_exit_id("cpusync");
 902 }
 903
 904 /*
 905  * The quick version does not quiesce the target cpu(s) but instead executes
 906  * the function on the target cpu(s) and waits for all to acknowledge.  This
 907  * avoids spinning on the target cpus.
 908  *
 909  * This function is typically only used for kernel_pmap updates.  User pmaps
 910  * have to be quiesced.
 911  */
 912 void
 913 lwkt_cpusync_quick(lwkt_cpusync_t cs)
 914 {
 915     globaldata_t gd = mycpu;
 916     cpumask_t mask;
 917
 918     /*
 919      * stage-2 cs_mack only.
 920      */
 921     mask = cs->cs_mask;
 922     CPUMASK_ANDMASK(mask, gd->gd_other_cpus);
 923     CPUMASK_ANDMASK(mask, smp_active_mask);
 924     CPUMASK_ASSZERO(cs->cs_mack);
 925
 926     crit_enter_id("cpusync");
 927     if (CPUMASK_TESTNZERO(mask)) {
 928         DEBUG_PUSH_INFO("cpusync_interlock");
 929         ++ipiq_stat(gd).ipiq_cscount;
 930         ++gd->gd_curthread->td_cscount;
 931         lwkt_send_ipiq_mask(mask, (ipifunc1_t)lwkt_cpusync_remote2, cs);
 932         logipiq2(sync_quick, (long)CPUMASK_LOWMASK(mask));
 933         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(cs->cs_mack, mask)) {
 934             lwkt_process_ipiq();
 935             cpu_pause();
 936 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 937             pthread_yield();
 938 #endif
 939         }
 940
 941         /*
 942          * cpusyncq ipis may be left queued without the RQF flag set due to
 943          * a non-zero td_cscount, so be sure to process any laggards after
 944          * decrementing td_cscount.
 945          */
 946         DEBUG_POP_INFO();
 947         --gd->gd_curthread->td_cscount;
 948         lwkt_process_ipiq();
 949     }
 950     if (cs->cs_func && CPUMASK_TESTBIT(cs->cs_mask, gd->gd_cpuid))
 951             cs->cs_func(cs->cs_data);
 952     crit_exit_id("cpusync");
 953 }
 954
 955 /*
 956  * helper IPI remote messaging function.
 957  *
 958  * Called on remote cpu when a new cpu synchronization request has been
 959  * sent to us.  Execute the run function and adjust cs_count, then requeue
 960  * the request so we spin on it.
 961  */
 962 static void
 963 lwkt_cpusync_remote1(lwkt_cpusync_t cs)
 964 {
 965     globaldata_t gd = mycpu;
 966
 967     ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(cs->cs_mack, gd->gd_cpuid);
 968     lwkt_cpusync_remote2(cs);
 969 }
 970
 971 /*
 972  * helper IPI remote messaging function.
 973  *
 974  * Poll for the originator telling us to finish.  If it hasn't, requeue
 975  * our request so we spin on it.
 976  */
 977 static void
 978 lwkt_cpusync_remote2(lwkt_cpusync_t cs)
 979 {
 980     globaldata_t gd = mycpu;
 981
 982     if (CPUMASK_TESTMASK(cs->cs_mack, gd->gd_cpumask) == 0) {
 983         if (cs->cs_func)
 984                 cs->cs_func(cs->cs_data);
 985         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(cs->cs_mack, gd->gd_cpuid);
 986         /* cs can be ripped out at this point */
 987     } else {
 988         lwkt_ipiq_t ip;
 989         int wi;
 990
 991         cpu_pause();
 992 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
 993         pthread_yield();
 994 #endif
 995         cpu_lfence();
 996
 997         /*
 998          * Requeue our IPI to avoid a deep stack recursion.  If no other
 999          * IPIs are pending we can just loop up, which should help VMs
1000          * better-detect spin loops.
1001          */
1002         ip = &gd->gd_cpusyncq;
1003 #if 0
1004         if (ip->ip_rindex == ip->ip_windex) {
1005                 __asm __volatile("cli");
1006                 if (ip->ip_rindex == ip->ip_windex) {
1007                         __asm __volatile("sti; hlt");
1008                 } else {
1009                         __asm __volatile("sti");
1010                 }
1011         }
1012 #endif
1013
1014         wi = ip->ip_windex & MAXCPUFIFO_MASK;
1015         ip->ip_info[wi].func = (ipifunc3_t)(ipifunc1_t)lwkt_cpusync_remote2;
1016         ip->ip_info[wi].arg1 = cs;
1017         ip->ip_info[wi].arg2 = 0;
1018         cpu_sfence();
1019         KKASSERT(ip->ip_windex - ip->ip_rindex < MAXCPUFIFO);
1020         ++ip->ip_windex;
1021         if (ipiq_debug && (ip->ip_windex & 0xFFFFFF) == 0) {
1022                 kprintf("cpu %d cm=%016jx %016jx f=%p\n",
1023                         gd->gd_cpuid,
1024                         (intmax_t)CPUMASK_LOWMASK(cs->cs_mask),
1025                         (intmax_t)CPUMASK_LOWMASK(cs->cs_mack),
1026                         cs->cs_func);
1027         }
1028     }
1029 }
1030
1031 #define LWKT_IPIQ_NLATENCY      8
1032 #define LWKT_IPIQ_NLATENCY_MASK (LWKT_IPIQ_NLATENCY - 1)
1033
1034 struct lwkt_ipiq_latency_log {
1035         int             idx;    /* unmasked index */
1036         int             pad;
1037         uint64_t        latency[LWKT_IPIQ_NLATENCY];
1038 };
1039
1040 static struct lwkt_ipiq_latency_log     lwkt_ipiq_latency_logs[MAXCPU];
1041 static uint64_t save_tsc;
1042
1043 /*
1044  * IPI callback (already in a critical section)
1045  */
1046 static void
1047 lwkt_ipiq_latency_testfunc(void *arg __unused)
1048 {
1049         uint64_t delta_tsc;
1050         struct globaldata *gd;
1051         struct lwkt_ipiq_latency_log *lat;
1052
1053         /*
1054          * Get delta TSC (assume TSCs are synchronized) as quickly as
1055          * possible and then convert to nanoseconds.
1056          */
1057         delta_tsc = rdtsc_ordered() - save_tsc;
1058         delta_tsc = delta_tsc * 1000000000LU / tsc_frequency;
1059
1060         /*
1061          * Record in our save array.
1062          */
1063         gd = mycpu;
1064         lat = &lwkt_ipiq_latency_logs[gd->gd_cpuid];
1065         lat->latency[lat->idx & LWKT_IPIQ_NLATENCY_MASK] = delta_tsc;
1066         ++lat->idx;
1067 }
1068
1069 /*
1070  * Send IPI from cpu0 to other cpus
1071  *
1072  * NOTE: Machine must be idle for test to run dependably, and also probably
1073  *       a good idea not to be running powerd.
1074  *
1075  * NOTE: Caller should use 'usched :1 <command>' to lock itself to cpu 0.
1076  *       See 'ipitest' script in /usr/src/test/sysperf/ipitest
1077  */
1078 static int
1079 lwkt_ipiq_latency_test(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1080 {
1081         struct globaldata *gd;
1082         int cpu = 0, orig_cpu, error;
1083
1084         error = sysctl_handle_int(oidp, &cpu, arg2, req);
1085         if (error || req->newptr == NULL)
1086                 return error;
1087
1088         if (cpu == 0)
1089                 return 0;
1090         else if (cpu >= ncpus || cpu < 0)
1091                 return EINVAL;
1092
1093         orig_cpu = mycpuid;
1094         lwkt_migratecpu(0);
1095
1096         gd = globaldata_find(cpu);
1097
1098         save_tsc = rdtsc_ordered();
1099         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_ipiq_latency_testfunc, NULL);
1100
1101         lwkt_migratecpu(orig_cpu);
1102         return 0;
1103 }
1104
1105 SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, ipiq, CTLFLAG_RW, 0, "");
1106 SYSCTL_PROC(_debug_ipiq, OID_AUTO, latency_test, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RW,
1107     NULL, 0, lwkt_ipiq_latency_test, "I",
1108     "ipi latency test, arg: remote cpuid");
1109
1110 static int
1111 lwkt_ipiq_latency(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1112 {
1113         struct lwkt_ipiq_latency_log *latency = arg1;
1114         uint64_t lat[LWKT_IPIQ_NLATENCY];
1115         int i;
1116
1117         for (i = 0; i < LWKT_IPIQ_NLATENCY; ++i)
1118                 lat[i] = latency->latency[i];
1119
1120         return sysctl_handle_opaque(oidp, lat, sizeof(lat), req);
1121 }
1122
1123 static void
1124 lwkt_ipiq_latency_init(void *dummy __unused)
1125 {
1126         int cpu;
1127
1128         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
1129                 char name[32];
1130
1131                 ksnprintf(name, sizeof(name), "latency%d", cpu);
1132                 SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_debug_ipiq),
1133                     OID_AUTO, name, CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_RD,
1134                     &lwkt_ipiq_latency_logs[cpu], 0, lwkt_ipiq_latency,
1135                     "LU", "7 latest ipi latency measurement results");
1136         }
1137 }
1138 SYSINIT(lwkt_ipiq_latency, SI_SUB_CONFIGURE, SI_ORDER_ANY,
1139     lwkt_ipiq_latency_init, NULL);