sys/kern/kern_poll.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2001-2002 Luigi Rizzo
   3  *
   4  * Supported by: the Xorp Project (www.xorp.org)
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHORS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  *
  27  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_poll.c,v 1.2.2.4 2002/06/27 23:26:33 luigi Exp $
  28  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_poll.c,v 1.11 2004/04/16 14:21:58 joerg Exp $
  29  */
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <sys/systm.h>
  33 #include <sys/kernel.h>
  34 #include <sys/socket.h>                 /* needed by net/if.h           */
  35 #include <sys/sysctl.h>
  36
  37 #include <sys/thread2.h>
  38 #include <sys/msgport2.h>
  39
  40 #include <i386/include/md_var.h>        /* for vm_page_zero_idle()      */
  41 #include <net/if.h>                     /* for IFF_* flags              */
  42 #include <net/netisr.h>                 /* for NETISR_POLL              */
  43
  44 #ifdef SMP
  45 #include "opt_lint.h"
  46 #ifndef COMPILING_LINT
  47 #error DEVICE_POLLING is not compatible with SMP
  48 #endif
  49 #endif
  50
  51 /* the two netisr handlers */
  52 static void netisr_poll(struct netmsg *);
  53 static void netisr_pollmore(struct netmsg *);
  54
  55 void init_device_poll(void);            /* init routine                 */
  56 void hardclock_device_poll(void);       /* hook from hardclock          */
  57 void ether_poll(int);                   /* polling while in trap        */
  58 int idle_poll(void);                    /* poll while in idle loop      */
  59
  60 /*
  61  * Polling support for [network] device drivers.
  62  *
  63  * Drivers which support this feature try to register with the
  64  * polling code.
  65  *
  66  * If registration is successful, the driver must disable interrupts,
  67  * and further I/O is performed through the handler, which is invoked
  68  * (at least once per clock tick) with 3 arguments: the "arg" passed at
  69  * register time (a struct ifnet pointer), a command, and a "count" limit.
  70  *
  71  * The command can be one of the following:
  72  *  POLL_ONLY: quick move of "count" packets from input/output queues.
  73  *  POLL_AND_CHECK_STATUS: as above, plus check status registers or do
  74  *      other more expensive operations. This command is issued periodically
  75  *      but less frequently than POLL_ONLY.
  76  *  POLL_DEREGISTER: deregister and return to interrupt mode.
  77  *
  78  * The first two commands are only issued if the interface is marked as
  79  * 'IFF_UP and IFF_RUNNING', the last one only if IFF_RUNNING is set.
  80  *
  81  * The count limit specifies how much work the handler can do during the
  82  * call -- typically this is the number of packets to be received, or
  83  * transmitted, etc. (drivers are free to interpret this number, as long
  84  * as the max time spent in the function grows roughly linearly with the
  85  * count).
  86  *
  87  * Deregistration can be requested by the driver itself (typically in the
  88  * *_stop() routine), or by the polling code, by invoking the handler.
  89  *
  90  * Polling can be globally enabled or disabled with the sysctl variable
  91  * kern.polling.enable (default is 0, disabled)
  92  *
  93  * A second variable controls the sharing of CPU between polling/kernel
  94  * network processing, and other activities (typically userlevel tasks):
  95  * kern.polling.user_frac (between 0 and 100, default 50) sets the share
  96  * of CPU allocated to user tasks. CPU is allocated proportionally to the
  97  * shares, by dynamically adjusting the "count" (poll_burst).
  98  *
  99  * Other parameters can should be left to their default values.
 100  * The following constraints hold
 101  *
 102  *      1 <= poll_each_burst <= poll_burst <= poll_burst_max
 103  *      0 <= poll_in_trap <= poll_each_burst
 104  *      MIN_POLL_BURST_MAX <= poll_burst_max <= MAX_POLL_BURST_MAX
 105  */
 106
 107 #define MIN_POLL_BURST_MAX      10
 108 #define MAX_POLL_BURST_MAX      1000
 109
 110 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, polling, CTLFLAG_RW, 0,
 111         "Device polling parameters");
 112
 113 static u_int32_t poll_burst = 5;
 114 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, burst, CTLFLAG_RW,
 115         &poll_burst, 0, "Current polling burst size");
 116
 117 static u_int32_t poll_each_burst = 5;
 118 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, each_burst, CTLFLAG_RW,
 119         &poll_each_burst, 0, "Max size of each burst");
 120
 121 static u_int32_t poll_burst_max = 150;  /* good for 100Mbit net and HZ=1000 */
 122 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, burst_max, CTLFLAG_RW,
 123         &poll_burst_max, 0, "Max Polling burst size");
 124
 125 static u_int32_t poll_in_idle_loop=1;           /* do we poll in idle loop ? */
 126 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, idle_poll, CTLFLAG_RW,
 127         &poll_in_idle_loop, 0, "Enable device polling in idle loop");
 128
 129 u_int32_t poll_in_trap;                 /* used in trap.c */
 130 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, poll_in_trap, CTLFLAG_RW,
 131         &poll_in_trap, 0, "Poll burst size during a trap");
 132
 133 static u_int32_t user_frac = 50;
 134 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, user_frac, CTLFLAG_RW,
 135         &user_frac, 0, "Desired user fraction of cpu time");
 136
 137 static u_int32_t reg_frac = 20 ;
 138 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, reg_frac, CTLFLAG_RW,
 139         &reg_frac, 0, "Every this many cycles poll register");
 140
 141 static u_int32_t short_ticks;
 142 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, short_ticks, CTLFLAG_RW,
 143         &short_ticks, 0, "Hardclock ticks shorter than they should be");
 144
 145 static u_int32_t lost_polls;
 146 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, lost_polls, CTLFLAG_RW,
 147         &lost_polls, 0, "How many times we would have lost a poll tick");
 148
 149 static u_int32_t pending_polls;
 150 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, pending_polls, CTLFLAG_RW,
 151         &pending_polls, 0, "Do we need to poll again");
 152
 153 static int residual_burst = 0;
 154 SYSCTL_INT(_kern_polling, OID_AUTO, residual_burst, CTLFLAG_RW,
 155         &residual_burst, 0, "# of residual cycles in burst");
 156
 157 static u_int32_t poll_handlers; /* next free entry in pr[]. */
 158 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, handlers, CTLFLAG_RD,
 159         &poll_handlers, 0, "Number of registered poll handlers");
 160
 161 static int polling = 0;         /* global polling enable */
 162 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, enable, CTLFLAG_RW,
 163         &polling, 0, "Polling enabled");
 164
 165 static u_int32_t phase;
 166 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, phase, CTLFLAG_RW,
 167         &phase, 0, "Polling phase");
 168
 169 static u_int32_t suspect;
 170 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, suspect, CTLFLAG_RW,
 171         &suspect, 0, "suspect event");
 172
 173 static u_int32_t stalled;
 174 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, stalled, CTLFLAG_RW,
 175         &stalled, 0, "potential stalls");
 176
 177
 178 #define POLL_LIST_LEN  128
 179 struct pollrec {
 180         poll_handler_t  *handler;
 181         struct ifnet    *ifp;
 182 };
 183
 184 static struct pollrec pr[POLL_LIST_LEN];
 185
 186 /*
 187  * register relevant netisr. Called from kern_clock.c:
 188  */
 189 void
 190 init_device_poll(void)
 191 {
 192         netisr_register(NETISR_POLL, cpu0_portfn, netisr_poll);
 193         netisr_register(NETISR_POLLMORE, cpu0_portfn, netisr_pollmore);
 194 }
 195
 196 /*
 197  * Hook from hardclock. Tries to schedule a netisr, but keeps track
 198  * of lost ticks due to the previous handler taking too long.
 199  * Normally, this should not happen, because polling handler should
 200  * run for a short time. However, in some cases (e.g. when there are
 201  * changes in link status etc.) the drivers take a very long time
 202  * (even in the order of milliseconds) to reset and reconfigure the
 203  * device, causing apparent lost polls.
 204  *
 205  * The first part of the code is just for debugging purposes, and tries
 206  * to count how often hardclock ticks are shorter than they should,
 207  * meaning either stray interrupts or delayed events.
 208  *
 209  * WARNING! called from fastint or IPI, the MP lock might not be held.
 210  */
 211 void
 212 hardclock_device_poll(void)
 213 {
 214         static struct timeval prev_t, t;
 215         int delta;
 216
 217         if (poll_handlers == 0)
 218                 return;
 219
 220         microuptime(&t);
 221         delta = (t.tv_usec - prev_t.tv_usec) +
 222                 (t.tv_sec - prev_t.tv_sec)*1000000;
 223         if (delta * hz < 500000)
 224                 short_ticks++;
 225         else
 226                 prev_t = t;
 227
 228         if (pending_polls > 100) {
 229                 /*
 230                  * Too much, assume it has stalled (not always true
 231                  * see comment above).
 232                  */
 233                 stalled++;
 234                 pending_polls = 0;
 235                 phase = 0;
 236         }
 237
 238         if (phase <= 2) {
 239                 if (phase != 0)
 240                         suspect++;
 241                 phase = 1;
 242                 schednetisr(NETISR_POLL);
 243                 phase = 2;
 244         }
 245         if (pending_polls++ > 0)
 246                 lost_polls++;
 247 }
 248
 249 /*
 250  * ether_poll is called from the idle loop or from the trap handler.
 251  */
 252 void
 253 ether_poll(int count)
 254 {
 255         int i;
 256         int s = splimp();
 257
 258         if (count > poll_each_burst)
 259                 count = poll_each_burst;
 260         for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++)
 261                 if (pr[i].handler && (IFF_UP|IFF_RUNNING) ==
 262                     (pr[i].ifp->if_flags & (IFF_UP|IFF_RUNNING)) )
 263                         pr[i].handler(pr[i].ifp, 0, count); /* quick check */
 264         splx(s);
 265 }
 266
 267 /*
 268  * idle_poll is replaces the body of the idle loop when DEVICE_POLLING
 269  * is used.  YYY not currently implemented.
 270  */
 271 int
 272 idle_poll(void)
 273 {
 274         if (poll_in_idle_loop && poll_handlers > 0) {
 275                 int s = splimp();
 276                 cpu_enable_intr();
 277                 ether_poll(poll_each_burst);
 278                 cpu_disable_intr();
 279                 splx(s);
 280                 vm_page_zero_idle();
 281                 return 1;
 282         } else
 283                 return vm_page_zero_idle();
 284 }
 285
 286 /*
 287  * netisr_pollmore is called after other netisr's, possibly scheduling
 288  * another NETISR_POLL call, or adapting the burst size for the next cycle.
 289  *
 290  * It is very bad to fetch large bursts of packets from a single card at once,
 291  * because the burst could take a long time to be completely processed, or
 292  * could saturate the intermediate queue (ipintrq or similar) leading to
 293  * losses or unfairness. To reduce the problem, and also to account better for
 294  * time spent in network-related processing, we split the burst in smaller
 295  * chunks of fixed size, giving control to the other netisr's between chunks.
 296  * This helps in improving the fairness, reducing livelock (because we
 297  * emulate more closely the "process to completion" that we have with
 298  * fastforwarding) and accounting for the work performed in low level
 299  * handling and forwarding.
 300  */
 301
 302 static struct timeval poll_start_t;
 303
 304 /* ARGSUSED */
 305 static void
 306 netisr_pollmore(struct netmsg *msg)
 307 {
 308         struct timeval t;
 309         int kern_load;
 310         int s = splhigh();
 311
 312         phase = 5;
 313         if (residual_burst > 0) {
 314                 schednetisr(NETISR_POLL);
 315                 /* will run immediately on return, followed by netisrs */
 316                 goto out;
 317         }
 318         /* here we can account time spent in netisr's in this tick */
 319         microuptime(&t);
 320         kern_load = (t.tv_usec - poll_start_t.tv_usec) +
 321                 (t.tv_sec - poll_start_t.tv_sec)*1000000;       /* us */
 322         kern_load = (kern_load * hz) / 10000;                   /* 0..100 */
 323         if (kern_load > (100 - user_frac)) { /* try decrease ticks */
 324                 if (poll_burst > 1)
 325                         poll_burst--;
 326         } else {
 327                 if (poll_burst < poll_burst_max)
 328                         poll_burst++;
 329         }
 330
 331         pending_polls--;
 332         if (pending_polls == 0) /* we are done */
 333                 phase = 0;
 334         else {
 335                 /*
 336                  * Last cycle was long and caused us to miss one or more
 337                  * hardclock ticks. Restart processing again, but slightly
 338                  * reduce the burst size to prevent that this happens again.
 339                  */
 340                 poll_burst -= (poll_burst / 8);
 341                 if (poll_burst < 1)
 342                         poll_burst = 1;
 343                 schednetisr(NETISR_POLL);
 344                 phase = 6;
 345         }
 346 out:
 347         splx(s);
 348         lwkt_replymsg(&msg->nm_lmsg, 0);
 349 }
 350
 351 /*
 352  * netisr_poll is scheduled by schednetisr when appropriate, typically once
 353  * per tick. It is called at splnet() so first thing to do is to upgrade to
 354  * splimp(), and call all registered handlers.
 355  */
 356 /* ARGSUSED */
 357 static void
 358 netisr_poll(struct netmsg *msg)
 359 {
 360         static int reg_frac_count;
 361         int i, cycles;
 362         enum poll_cmd arg = POLL_ONLY;
 363         int s=splimp();
 364
 365         phase = 3;
 366         if (residual_burst == 0) { /* first call in this tick */
 367                 microuptime(&poll_start_t);
 368                 /*
 369                  * Check that paremeters are consistent with runtime
 370                  * variables. Some of these tests could be done at sysctl
 371                  * time, but the savings would be very limited because we
 372                  * still have to check against reg_frac_count and
 373                  * poll_each_burst. So, instead of writing separate sysctl
 374                  * handlers, we do all here.
 375                  */
 376
 377                 if (reg_frac > hz)
 378                         reg_frac = hz;
 379                 else if (reg_frac < 1)
 380                         reg_frac = 1;
 381                 if (reg_frac_count > reg_frac)
 382                         reg_frac_count = reg_frac - 1;
 383                 if (reg_frac_count-- == 0) {
 384                         arg = POLL_AND_CHECK_STATUS;
 385                         reg_frac_count = reg_frac - 1;
 386                 }
 387                 if (poll_burst_max < MIN_POLL_BURST_MAX)
 388                         poll_burst_max = MIN_POLL_BURST_MAX;
 389                 else if (poll_burst_max > MAX_POLL_BURST_MAX)
 390                         poll_burst_max = MAX_POLL_BURST_MAX;
 391
 392                 if (poll_each_burst < 1)
 393                         poll_each_burst = 1;
 394                 else if (poll_each_burst > poll_burst_max)
 395                         poll_each_burst = poll_burst_max;
 396
 397                 residual_burst = poll_burst;
 398         }
 399         cycles = (residual_burst < poll_each_burst) ?
 400                 residual_burst : poll_each_burst;
 401         residual_burst -= cycles;
 402
 403         if (polling) {
 404                 for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++)
 405                         if (pr[i].handler && (IFF_UP|IFF_RUNNING) ==
 406                             (pr[i].ifp->if_flags & (IFF_UP|IFF_RUNNING)) )
 407                                 pr[i].handler(pr[i].ifp, arg, cycles);
 408         } else {        /* unregister */
 409                 for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++) {
 410                         if (pr[i].handler &&
 411                             pr[i].ifp->if_flags & IFF_RUNNING) {
 412                                 pr[i].ifp->if_flags &= ~IFF_POLLING;
 413                                 pr[i].handler(pr[i].ifp, POLL_DEREGISTER, 1);
 414                         }
 415                         pr[i].handler=NULL;
 416                 }
 417                 residual_burst = 0;
 418                 poll_handlers = 0;
 419         }
 420         schednetisr(NETISR_POLLMORE);
 421         phase = 4;
 422         splx(s);
 423         lwkt_replymsg(&msg->nm_lmsg, 0);
 424 }
 425
 426 /*
 427  * Try to register routine for polling. Returns 1 if successful
 428  * (and polling should be enabled), 0 otherwise.
 429  * A device is not supposed to register itself multiple times.
 430  *
 431  * This is called from within the *_intr() functions, so we do not need
 432  * further locking.
 433  */
 434 int
 435 ether_poll_register(poll_handler_t *h, struct ifnet *ifp)
 436 {
 437         int s;
 438
 439         if (polling == 0) /* polling disabled, cannot register */
 440                 return 0;
 441         if (h == NULL || ifp == NULL)           /* bad arguments        */
 442                 return 0;
 443         if ( !(ifp->if_flags & IFF_UP) )        /* must be up           */
 444                 return 0;
 445         if (ifp->if_flags & IFF_POLLING)        /* already polling      */
 446                 return 0;
 447
 448         s = splhigh();
 449         if (poll_handlers >= POLL_LIST_LEN) {
 450                 /*
 451                  * List full, cannot register more entries.
 452                  * This should never happen; if it does, it is probably a
 453                  * broken driver trying to register multiple times. Checking
 454                  * this at runtime is expensive, and won't solve the problem
 455                  * anyways, so just report a few times and then give up.
 456                  */
 457                 static int verbose = 10 ;
 458                 splx(s);
 459                 if (verbose >0) {
 460                         printf("poll handlers list full, "
 461                                 "maybe a broken driver ?\n");
 462                         verbose--;
 463                 }
 464                 return 0; /* no polling for you */
 465         }
 466
 467         pr[poll_handlers].handler = h;
 468         pr[poll_handlers].ifp = ifp;
 469         poll_handlers++;
 470         ifp->if_flags |= IFF_POLLING;
 471         splx(s);
 472         return 1; /* polling enabled in next call */
 473 }
 474
 475 /*
 476  * Remove interface from the polling list. Normally called by *_stop().
 477  * It is not an error to call it with IFF_POLLING clear, the call is
 478  * sufficiently rare to be preferable to save the space for the extra
 479  * test in each driver in exchange of one additional function call.
 480  */
 481 int
 482 ether_poll_deregister(struct ifnet *ifp)
 483 {
 484         int i;
 485         int s = splimp();
 486
 487         if ( !ifp || !(ifp->if_flags & IFF_POLLING) ) {
 488                 splx(s);
 489                 return 0;
 490         }
 491         for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++)
 492                 if (pr[i].ifp == ifp) /* found it */
 493                         break;
 494         ifp->if_flags &= ~IFF_POLLING; /* found or not... */
 495         if (i == poll_handlers) {
 496                 splx(s);
 497                 printf("ether_poll_deregister: ifp not found!!!\n");
 498                 return 0;
 499         }
 500         poll_handlers--;
 501         if (i < poll_handlers) { /* Last entry replaces this one. */
 502                 pr[i].handler = pr[poll_handlers].handler;
 503                 pr[i].ifp = pr[poll_handlers].ifp;
 504         }
 505         splx(s);
 506         return 1;
 507 }