Hide unused function under #ifdef SMP
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003 Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  *
26  * $DragonFly: src/sys/kern/lwkt_thread.c,v 1.62 2004/06/03 13:09:07 joerg Exp $
27  */
28
29 /*
30  * Each cpu in a system has its own self-contained light weight kernel
31  * thread scheduler, which means that generally speaking we only need
32  * to use a critical section to avoid problems.  Foreign thread 
33  * scheduling is queued via (async) IPIs.
34  */
35
36 #ifdef _KERNEL
37
38 #include <sys/param.h>
39 #include <sys/systm.h>
40 #include <sys/kernel.h>
41 #include <sys/proc.h>
42 #include <sys/rtprio.h>
43 #include <sys/queue.h>
44 #include <sys/thread2.h>
45 #include <sys/sysctl.h>
46 #include <sys/kthread.h>
47 #include <machine/cpu.h>
48 #include <sys/lock.h>
49 #include <sys/caps.h>
50
51 #include <vm/vm.h>
52 #include <vm/vm_param.h>
53 #include <vm/vm_kern.h>
54 #include <vm/vm_object.h>
55 #include <vm/vm_page.h>
56 #include <vm/vm_map.h>
57 #include <vm/vm_pager.h>
58 #include <vm/vm_extern.h>
59 #include <vm/vm_zone.h>
60
61 #include <machine/stdarg.h>
62 #include <machine/ipl.h>
63 #include <machine/smp.h>
64
65 #define THREAD_STACK    (UPAGES * PAGE_SIZE)
66
67 #else
68
69 #include <sys/stdint.h>
70 #include <libcaps/thread.h>
71 #include <sys/thread.h>
72 #include <sys/msgport.h>
73 #include <sys/errno.h>
74 #include <libcaps/globaldata.h>
75 #include <sys/thread2.h>
76 #include <sys/msgport2.h>
77 #include <stdio.h>
78 #include <stdlib.h>
79 #include <string.h>
80 #include <machine/cpufunc.h>
81 #include <machine/lock.h>
82
83 #endif
84
85 static int untimely_switch = 0;
86 #ifdef  INVARIANTS
87 static int panic_on_cscount = 0;
88 #endif
89 static __int64_t switch_count = 0;
90 static __int64_t preempt_hit = 0;
91 static __int64_t preempt_miss = 0;
92 static __int64_t preempt_weird = 0;
93
94 #ifdef _KERNEL
95
96 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, untimely_switch, CTLFLAG_RW, &untimely_switch, 0, "");
97 #ifdef  INVARIANTS
98 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0, "");
99 #endif
100 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0, "");
101 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, "");
102 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, "");
103 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0, "");
104
105 #endif
106
107 /*
108  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
109  * within a critical section.
110  *
111  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
112  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
113  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
114  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
115  */
116 static __inline
117 void
118 _lwkt_dequeue(thread_t td)
119 {
120     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
121         int nq = td->td_pri & TDPRI_MASK;
122         struct globaldata *gd = td->td_gd;
123
124         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
125         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], td, td_threadq);
126         /* runqmask is passively cleaned up by the switcher */
127     }
128 }
129
130 static __inline
131 void
132 _lwkt_enqueue(thread_t td)
133 {
134     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING)) == 0) {
135         int nq = td->td_pri & TDPRI_MASK;
136         struct globaldata *gd = td->td_gd;
137
138         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
139         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], td, td_threadq);
140         gd->gd_runqmask |= 1 << nq;
141     }
142 }
143
144 /*
145  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
146  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
147  * function.
148  *
149  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
150  */
151 void
152 lwkt_schedule_self(thread_t td)
153 {
154     crit_enter_quick(td);
155     KASSERT(td->td_wait == NULL, ("lwkt_schedule_self(): td_wait not NULL!"));
156     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread, ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
157     _lwkt_enqueue(td);
158 #ifdef _KERNEL
159     if (td->td_proc && td->td_proc->p_stat == SSLEEP)
160         panic("SCHED SELF PANIC");
161 #endif
162     crit_exit_quick(td);
163 }
164
165 /*
166  * Deschedule a thread.
167  *
168  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
169  */
170 void
171 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
172 {
173     crit_enter_quick(td);
174     KASSERT(td->td_wait == NULL, ("lwkt_schedule_self(): td_wait not NULL!"));
175     _lwkt_dequeue(td);
176     crit_exit_quick(td);
177 }
178
179 #ifdef _KERNEL
180
181 /*
182  * LWKTs operate on a per-cpu basis
183  *
184  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
185  */
186 void
187 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
188 {
189     int i;
190
191     for (i = 0; i < sizeof(gd->gd_tdrunq)/sizeof(gd->gd_tdrunq[0]); ++i)
192         TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq[i]);
193     gd->gd_runqmask = 0;
194     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
195 }
196
197 #endif /* _KERNEL */
198
199 /*
200  * Initialize a thread wait structure prior to first use.
201  *
202  * NOTE!  called from low level boot code, we cannot do anything fancy!
203  */
204 void
205 lwkt_wait_init(lwkt_wait_t w)
206 {
207     lwkt_token_init(&w->wa_token);
208     TAILQ_INIT(&w->wa_waitq);
209     w->wa_gen = 0;
210     w->wa_count = 0;
211 }
212
213 /*
214  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
215  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
216  * -1 the thread will be created on the current cpu.
217  *
218  * If you intend to create a thread without a process context this function
219  * does everything except load the startup and switcher function.
220  */
221 thread_t
222 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int cpu)
223 {
224     void *stack;
225     int flags = 0;
226     globaldata_t gd = mycpu;
227
228     if (td == NULL) {
229         crit_enter_gd(gd);
230         if (gd->gd_tdfreecount > 0) {
231             --gd->gd_tdfreecount;
232             td = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdfreeq);
233             KASSERT(td != NULL && (td->td_flags & TDF_RUNNING) == 0,
234                 ("lwkt_alloc_thread: unexpected NULL or corrupted td"));
235             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdfreeq, td, td_threadq);
236             crit_exit_gd(gd);
237             stack = td->td_kstack;
238             flags = td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_STACK|TDF_ALLOCATED_THREAD);
239         } else {
240             crit_exit_gd(gd);
241 #ifdef _KERNEL
242             td = zalloc(thread_zone);
243 #else
244             td = malloc(sizeof(struct thread));
245 #endif
246             td->td_kstack = NULL;
247             flags |= TDF_ALLOCATED_THREAD;
248         }
249     }
250     if ((stack = td->td_kstack) == NULL) {
251 #ifdef _KERNEL
252         stack = (void *)kmem_alloc(kernel_map, THREAD_STACK);
253 #else
254         stack = libcaps_alloc_stack(THREAD_STACK);
255 #endif
256         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
257     }
258     if (cpu < 0)
259         lwkt_init_thread(td, stack, flags, mycpu);
260     else
261         lwkt_init_thread(td, stack, flags, globaldata_find(cpu));
262     return(td);
263 }
264
265 #ifdef _KERNEL
266
267 /*
268  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
269  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
270  *
271  * All threads start out in a critical section at a priority of
272  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
273  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
274  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
275  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
276  * cpu.
277  *
278  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
279  * if SMP has not yet been activated.
280  */
281 #ifdef SMP
282
283 static void
284 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
285 {
286     thread_t td = arg;
287
288     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
289 }
290
291 #endif
292
293 void
294 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int flags, struct globaldata *gd)
295 {
296     globaldata_t mygd = mycpu;
297
298     bzero(td, sizeof(struct thread));
299     td->td_kstack = stack;
300     td->td_flags |= flags;
301     td->td_gd = gd;
302     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON + TDPRI_CRIT;
303     lwkt_initport(&td->td_msgport, td);
304     pmap_init_thread(td);
305 #ifdef SMP
306     /*
307      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
308      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
309      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
310      * of gd_tdallq requires the BGL.
311      */
312     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
313         crit_enter_gd(mygd);
314         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
315         crit_exit_gd(mygd);
316     } else {
317         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
318     }
319 #else
320     crit_enter_gd(mygd);
321     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
322     crit_exit_gd(mygd);
323 #endif
324 }
325
326 #endif /* _KERNEL */
327
328 void
329 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
330 {
331     __va_list va;
332
333     __va_start(va, ctl);
334     vsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
335     __va_end(va);
336 }
337
338 void
339 lwkt_hold(thread_t td)
340 {
341     ++td->td_refs;
342 }
343
344 void
345 lwkt_rele(thread_t td)
346 {
347     KKASSERT(td->td_refs > 0);
348     --td->td_refs;
349 }
350
351 #ifdef _KERNEL
352
353 void
354 lwkt_wait_free(thread_t td)
355 {
356     while (td->td_refs)
357         tsleep(td, 0, "tdreap", hz);
358 }
359
360 #endif
361
362 void
363 lwkt_free_thread(thread_t td)
364 {
365     struct globaldata *gd = mycpu;
366
367     KASSERT((td->td_flags & TDF_RUNNING) == 0,
368         ("lwkt_free_thread: did not exit! %p", td));
369
370     crit_enter_gd(gd);
371     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
372     if (gd->gd_tdfreecount < CACHE_NTHREADS &&
373         (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
374     ) {
375         ++gd->gd_tdfreecount;
376         TAILQ_INSERT_HEAD(&gd->gd_tdfreeq, td, td_threadq);
377         crit_exit_gd(gd);
378     } else {
379         crit_exit_gd(gd);
380         if (td->td_kstack && (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK)) {
381 #ifdef _KERNEL
382             kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, THREAD_STACK);
383 #else
384             libcaps_free_stack(td->td_kstack, THREAD_STACK);
385 #endif
386             /* gd invalid */
387             td->td_kstack = NULL;
388         }
389         if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
390 #ifdef _KERNEL
391             zfree(thread_zone, td);
392 #else
393             free(td);
394 #endif
395         }
396     }
397 }
398
399
400 /*
401  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
402  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
403  * section to avoid races with the scheduling queue.
404  *
405  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
406  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
407  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
408  * the result is very, very fast thread switching.
409  *
410  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
411  * each priority level.  User process scheduling is a totally
412  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
413  * user process priorities.
414  *
415  * The MP lock may be out of sync with the thread's td_mpcount.  lwkt_switch()
416  * cleans it up.  Note that the td_switch() function cannot do anything that
417  * requires the MP lock since the MP lock will have already been setup for
418  * the target thread (not the current thread).  It's nice to have a scheduler
419  * that does not need the MP lock to work because it allows us to do some
420  * really cool high-performance MP lock optimizations.
421  */
422
423 void
424 lwkt_switch(void)
425 {
426     globaldata_t gd = mycpu;
427     thread_t td = gd->gd_curthread;
428     thread_t ntd;
429 #ifdef SMP
430     int mpheld;
431 #endif
432
433     /*
434      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt is
435      * illegal.
436      */
437     if (gd->gd_intr_nesting_level && panicstr == NULL) {
438         panic("lwkt_switch: cannot switch from within a fast interrupt, yet");
439     }
440
441     /*
442      * Passive release (used to transition from user to kernel mode
443      * when we block or switch rather then when we enter the kernel).
444      * This function is NOT called if we are switching into a preemption
445      * or returning from a preemption.  Typically this causes us to lose
446      * our current process designation (if we have one) and become a true
447      * LWKT thread, and may also hand the current process designation to
448      * another process and schedule thread.
449      */
450     if (td->td_release)
451             td->td_release(td);
452
453     crit_enter_gd(gd);
454     ++switch_count;
455
456 #ifdef SMP
457     /*
458      * td_mpcount cannot be used to determine if we currently hold the
459      * MP lock because get_mplock() will increment it prior to attempting
460      * to get the lock, and switch out if it can't.  Our ownership of 
461      * the actual lock will remain stable while we are in a critical section
462      * (but, of course, another cpu may own or release the lock so the
463      * actual value of mp_lock is not stable).
464      */
465     mpheld = MP_LOCK_HELD();
466 #ifdef  INVARIANTS
467     if (td->td_cscount) {
468         printf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
469                 td);
470         if (panic_on_cscount)
471             panic("switching while mastering cpusync");
472     }
473 #endif
474 #endif
475     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
476         /*
477          * We had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
478          * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
479          * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
480          * itself). 
481          *
482          * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
483          * out the adjustment that was made to curthread when the original
484          * was preempted.
485          */
486         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
487 #ifdef SMP
488         if (ntd->td_mpcount && mpheld == 0) {
489             panic("MPLOCK NOT HELD ON RETURN: %p %p %d %d",
490                td, ntd, td->td_mpcount, ntd->td_mpcount);
491         }
492         if (ntd->td_mpcount) {
493             td->td_mpcount -= ntd->td_mpcount;
494             KKASSERT(td->td_mpcount >= 0);
495         }
496 #endif
497         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
498         /* YYY release mp lock on switchback if original doesn't need it */
499     } else {
500         /*
501          * Priority queue / round-robin at each priority.  Note that user
502          * processes run at a fixed, low priority and the user process
503          * scheduler deals with interactions between user processes
504          * by scheduling and descheduling them from the LWKT queue as
505          * necessary.
506          *
507          * We have to adjust the MP lock for the target thread.  If we 
508          * need the MP lock and cannot obtain it we try to locate a
509          * thread that does not need the MP lock.  If we cannot, we spin
510          * instead of HLT.
511          *
512          * A similar issue exists for the tokens held by the target thread.
513          * If we cannot obtain ownership of the tokens we cannot immediately
514          * schedule the thread.
515          */
516
517         /*
518          * We are switching threads.  If there are any pending requests for
519          * tokens we can satisfy all of them here.
520          */
521 #ifdef SMP
522         if (gd->gd_tokreqbase)
523                 lwkt_drain_token_requests();
524 #endif
525
526 again:
527         if (gd->gd_runqmask) {
528             int nq = bsrl(gd->gd_runqmask);
529             if ((ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq[nq])) == NULL) {
530                 gd->gd_runqmask &= ~(1 << nq);
531                 goto again;
532             }
533 #ifdef SMP
534             /*
535              * If the target needs the MP lock and we couldn't get it,
536              * or if the target is holding tokens and we could not 
537              * gain ownership of the tokens, continue looking for a
538              * thread to schedule and spin instead of HLT if we can't.
539              */
540             if ((ntd->td_mpcount && mpheld == 0 && !cpu_try_mplock()) ||
541                 (ntd->td_toks && lwkt_chktokens(ntd) == 0)
542             ) {
543                 u_int32_t rqmask = gd->gd_runqmask;
544                 while (rqmask) {
545                     TAILQ_FOREACH(ntd, &gd->gd_tdrunq[nq], td_threadq) {
546                         if (ntd->td_mpcount && !mpheld && !cpu_try_mplock())
547                             continue;
548                         mpheld = MP_LOCK_HELD();
549                         if (ntd->td_toks && !lwkt_chktokens(ntd))
550                             continue;
551                         break;
552                     }
553                     if (ntd)
554                         break;
555                     rqmask &= ~(1 << nq);
556                     nq = bsrl(rqmask);
557                 }
558                 if (ntd == NULL) {
559                     ntd = &gd->gd_idlethread;
560                     ntd->td_flags |= TDF_IDLE_NOHLT;
561                 } else {
562                     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
563                     TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
564                 }
565             } else {
566                 TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
567                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
568             }
569 #else
570             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
571             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq[nq], ntd, td_threadq);
572 #endif
573         } else {
574             /*
575              * We have nothing to run but only let the idle loop halt
576              * the cpu if there are no pending interrupts.
577              */
578             ntd = &gd->gd_idlethread;
579             if (gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK)
580                 ntd->td_flags |= TDF_IDLE_NOHLT;
581         }
582     }
583     KASSERT(ntd->td_pri >= TDPRI_CRIT,
584         ("priority problem in lwkt_switch %d %d", td->td_pri, ntd->td_pri));
585
586     /*
587      * Do the actual switch.  If the new target does not need the MP lock
588      * and we are holding it, release the MP lock.  If the new target requires
589      * the MP lock we have already acquired it for the target.
590      */
591 #ifdef SMP
592     if (ntd->td_mpcount == 0 ) {
593         if (MP_LOCK_HELD())
594             cpu_rel_mplock();
595     } else {
596         ASSERT_MP_LOCK_HELD();
597     }
598 #endif
599     if (td != ntd)
600         td->td_switch(ntd);
601     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
602     crit_exit_quick(td);
603 }
604
605 /*
606  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
607  * only works under a specific set of conditions:
608  *
609  *      - We are not preempting ourselves
610  *      - The target thread is owned by the current cpu
611  *      - We are not currently being preempted
612  *      - The target is not currently being preempted
613  *      - We are able to satisfy the target's MP lock requirements (if any).
614  *
615  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
616  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
617  * critpri is the managed critical priority that we should ignore in order
618  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
619  * priority of lwkt_schedule() itself).
620  *
621  * XXX at the moment we run the target thread in a critical section during
622  * the preemption in order to prevent the target from taking interrupts
623  * that *WE* can't.  Preemption is strictly limited to interrupt threads
624  * and interrupt-like threads, outside of a critical section, and the
625  * preempted source thread will be resumed the instant the target blocks
626  * whether or not the source is scheduled (i.e. preemption is supposed to
627  * be as transparent as possible).
628  *
629  * The target thread inherits our MP count (added to its own) for the
630  * duration of the preemption in order to preserve the atomicy of the
631  * MP lock during the preemption.  Therefore, any preempting targets must be
632  * careful in regards to MP assertions.  Note that the MP count may be
633  * out of sync with the physical mp_lock, but we do not have to preserve
634  * the original ownership of the lock if it was out of synch (that is, we
635  * can leave it synchronized on return).
636  */
637 void
638 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critpri)
639 {
640     struct globaldata *gd = mycpu;
641     thread_t td;
642 #ifdef SMP
643     int mpheld;
644     int savecnt;
645 #endif
646
647     /*
648      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
649      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
650      * a local interrupt), as determined by the 'critpri' parameter. 
651      *
652      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
653      * inherit our critical section?  I dunno yet).
654      *
655      * Any tokens held by the target may not be held by thread(s) being
656      * preempted.  We take the easy way out and do not preempt if
657      * the target is holding tokens.
658      *
659      * Set need_lwkt_resched() unconditionally for now YYY.
660      */
661     KASSERT(ntd->td_pri >= TDPRI_CRIT, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
662
663     td = gd->gd_curthread;
664     need_lwkt_resched();
665     if ((ntd->td_pri & TDPRI_MASK) <= (td->td_pri & TDPRI_MASK)) {
666         ++preempt_miss;
667         return;
668     }
669     if ((td->td_pri & ~TDPRI_MASK) > critpri) {
670         ++preempt_miss;
671         return;
672     }
673 #ifdef SMP
674     if (ntd->td_gd != gd) {
675         ++preempt_miss;
676         return;
677     }
678 #endif
679     /*
680      * Take the easy way out and do not preempt if the target is holding
681      * one or more tokens.  We could test whether the thread(s) being
682      * preempted interlock against the target thread's tokens and whether
683      * we can get all the target thread's tokens, but this situation 
684      * should not occur very often so its easier to simply not preempt.
685      */
686     if (ntd->td_toks != NULL) {
687         ++preempt_miss;
688         return;
689     }
690     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
691         ++preempt_weird;
692         return;
693     }
694     if (ntd->td_preempted) {
695         ++preempt_hit;
696         return;
697     }
698 #ifdef SMP
699     /*
700      * note: an interrupt might have occured just as we were transitioning
701      * to or from the MP lock.  In this case td_mpcount will be pre-disposed
702      * (non-zero) but not actually synchronized with the actual state of the
703      * lock.  We can use it to imply an MP lock requirement for the
704      * preemption but we cannot use it to test whether we hold the MP lock
705      * or not.
706      */
707     savecnt = td->td_mpcount;
708     mpheld = MP_LOCK_HELD();
709     ntd->td_mpcount += td->td_mpcount;
710     if (mpheld == 0 && ntd->td_mpcount && !cpu_try_mplock()) {
711         ntd->td_mpcount -= td->td_mpcount;
712         ++preempt_miss;
713         return;
714     }
715 #endif
716
717     ++preempt_hit;
718     ntd->td_preempted = td;
719     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
720     td->td_switch(ntd);
721     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
722 #ifdef SMP
723     KKASSERT(savecnt == td->td_mpcount);
724     mpheld = MP_LOCK_HELD();
725     if (mpheld && td->td_mpcount == 0)
726         cpu_rel_mplock();
727     else if (mpheld == 0 && td->td_mpcount)
728         panic("lwkt_preempt(): MP lock was not held through");
729 #endif
730     ntd->td_preempted = NULL;
731     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
732 }
733
734 /*
735  * Yield our thread while higher priority threads are pending.  This is
736  * typically called when we leave a critical section but it can be safely
737  * called while we are in a critical section.
738  *
739  * This function will not generally yield to equal priority threads but it
740  * can occur as a side effect.  Note that lwkt_switch() is called from
741  * inside the critical section to prevent its own crit_exit() from reentering
742  * lwkt_yield_quick().
743  *
744  * gd_reqflags indicates that *something* changed, e.g. an interrupt or softint
745  * came along but was blocked and made pending.
746  *
747  * (self contained on a per cpu basis)
748  */
749 void
750 lwkt_yield_quick(void)
751 {
752     globaldata_t gd = mycpu;
753     thread_t td = gd->gd_curthread;
754
755     /*
756      * gd_reqflags is cleared in splz if the cpl is 0.  If we were to clear
757      * it with a non-zero cpl then we might not wind up calling splz after
758      * a task switch when the critical section is exited even though the
759      * new task could accept the interrupt.
760      *
761      * XXX from crit_exit() only called after last crit section is released.
762      * If called directly will run splz() even if in a critical section.
763      *
764      * td_nest_count prevent deep nesting via splz() or doreti().  Note that
765      * except for this special case, we MUST call splz() here to handle any
766      * pending ints, particularly after we switch, or we might accidently
767      * halt the cpu with interrupts pending.
768      */
769     if (gd->gd_reqflags && td->td_nest_count < 2)
770         splz();
771
772     /*
773      * YYY enabling will cause wakeup() to task-switch, which really
774      * confused the old 4.x code.  This is a good way to simulate
775      * preemption and MP without actually doing preemption or MP, because a
776      * lot of code assumes that wakeup() does not block.
777      */
778     if (untimely_switch && td->td_nest_count == 0 &&
779         gd->gd_intr_nesting_level == 0
780     ) {
781         crit_enter_quick(td);
782         /*
783          * YYY temporary hacks until we disassociate the userland scheduler
784          * from the LWKT scheduler.
785          */
786         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
787             lwkt_switch();              /* will not reenter yield function */
788         } else {
789             lwkt_schedule_self(td);     /* make sure we are scheduled */
790             lwkt_switch();              /* will not reenter yield function */
791             lwkt_deschedule_self(td);   /* make sure we are descheduled */
792         }
793         crit_exit_noyield(td);
794     }
795 }
796
797 /*
798  * This implements a normal yield which, unlike _quick, will yield to equal
799  * priority threads as well.  Note that gd_reqflags tests will be handled by
800  * the crit_exit() call in lwkt_switch().
801  *
802  * (self contained on a per cpu basis)
803  */
804 void
805 lwkt_yield(void)
806 {
807     lwkt_schedule_self(curthread);
808     lwkt_switch();
809 }
810
811 /*
812  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
813  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
814  *
815  * We have a little helper inline function which does additional work after
816  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
817  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
818  * to userland until it has processed higher priority threads).
819  */
820 static __inline
821 void
822 _lwkt_schedule_post(thread_t ntd, int cpri)
823 {
824     if (ntd->td_preemptable) {
825         ntd->td_preemptable(ntd, cpri); /* YYY +token */
826     } else {
827         if ((ntd->td_flags & TDF_NORESCHED) == 0) {
828             if ((ntd->td_pri & TDPRI_MASK) >= TDPRI_KERN_USER)
829                 need_lwkt_resched();
830         }
831     }
832 }
833
834 void
835 lwkt_schedule(thread_t td)
836 {
837     globaldata_t mygd = mycpu;
838
839 #ifdef  INVARIANTS
840     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread, ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
841     if ((td->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0 && td->td_proc 
842         && td->td_proc->p_stat == SSLEEP
843     ) {
844         printf("PANIC schedule curtd = %p (%d %d) target %p (%d %d)\n",
845             curthread,
846             curthread->td_proc ? curthread->td_proc->p_pid : -1,
847             curthread->td_proc ? curthread->td_proc->p_stat : -1,
848             td,
849             td->td_proc ? curthread->td_proc->p_pid : -1,
850             td->td_proc ? curthread->td_proc->p_stat : -1
851         );
852         panic("SCHED PANIC");
853     }
854 #endif
855     crit_enter_gd(mygd);
856     if (td == mygd->gd_curthread) {
857         _lwkt_enqueue(td);
858     } else {
859         lwkt_wait_t w;
860
861         /*
862          * If the thread is on a wait list we have to send our scheduling
863          * request to the owner of the wait structure.  Otherwise we send
864          * the scheduling request to the cpu owning the thread.  Races
865          * are ok, the target will forward the message as necessary (the
866          * message may chase the thread around before it finally gets
867          * acted upon).
868          *
869          * (remember, wait structures use stable storage)
870          *
871          * NOTE: tokens no longer enter a critical section, so we only need
872          * to account for the crit_enter() above when calling
873          * _lwkt_schedule_post().
874          */
875         if ((w = td->td_wait) != NULL) {
876             lwkt_tokref wref;
877
878             if (lwkt_trytoken(&wref, &w->wa_token)) {
879                 TAILQ_REMOVE(&w->wa_waitq, td, td_threadq);
880                 --w->wa_count;
881                 td->td_wait = NULL;
882 #ifdef SMP
883                 if (td->td_gd == mycpu) {
884                     _lwkt_enqueue(td);
885                     _lwkt_schedule_post(td, TDPRI_CRIT);
886                 } else {
887                     lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
888                 }
889 #else
890                 _lwkt_enqueue(td);
891                 _lwkt_schedule_post(td, TDPRI_CRIT);
892 #endif
893                 lwkt_reltoken(&wref);
894             } else {
895                 lwkt_send_ipiq(w->wa_token.t_cpu, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
896             }
897         } else {
898             /*
899              * If the wait structure is NULL and we own the thread, there
900              * is no race (since we are in a critical section).  If we
901              * do not own the thread there might be a race but the
902              * target cpu will deal with it.
903              */
904 #ifdef SMP
905             if (td->td_gd == mygd) {
906                 _lwkt_enqueue(td);
907                 _lwkt_schedule_post(td, TDPRI_CRIT);
908             } else {
909                 lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
910             }
911 #else
912             _lwkt_enqueue(td);
913             _lwkt_schedule_post(td, TDPRI_CRIT);
914 #endif
915         }
916     }
917     crit_exit_gd(mygd);
918 }
919
920 /*
921  * Managed acquisition.  This code assumes that the MP lock is held for
922  * the tdallq operation and that the thread has been descheduled from its
923  * original cpu.  We also have to wait for the thread to be entirely switched
924  * out on its original cpu (this is usually fast enough that we never loop)
925  * since the LWKT system does not have to hold the MP lock while switching
926  * and the target may have released it before switching.
927  */
928 void
929 lwkt_acquire(thread_t td)
930 {
931     globaldata_t gd;
932     globaldata_t mygd;
933
934     gd = td->td_gd;
935     mygd = mycpu;
936     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
937     while (td->td_flags & TDF_RUNNING)  /* XXX spin */
938         cpu_mb1();
939     if (gd != mygd) {
940         crit_enter_gd(mygd);
941         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);      /* protected by BGL */
942         td->td_gd = mygd;
943         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq); /* protected by BGL */
944         crit_exit_gd(mygd);
945     }
946 }
947
948 /*
949  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
950  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
951  * asynchronous.  
952  *
953  * This function may block if the cpu has run out of messages.
954  */
955 void
956 lwkt_deschedule(thread_t td)
957 {
958     crit_enter();
959     if (td == curthread) {
960         _lwkt_dequeue(td);
961     } else {
962         if (td->td_gd == mycpu) {
963             _lwkt_dequeue(td);
964         } else {
965             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_deschedule, td);
966         }
967     }
968     crit_exit();
969 }
970
971 /*
972  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
973  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
974  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
975  *
976  * We have to retain the critical section count which uses the high bits
977  * of the td_pri field.  The specified priority may also indicate zero or
978  * more critical sections by adding TDPRI_CRIT*N.
979  *
980  * Note that we requeue the thread whether it winds up on a different runq
981  * or not.  uio_yield() depends on this and the routine is not normally
982  * called with the same priority otherwise.
983  */
984 void
985 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
986 {
987     KKASSERT(pri >= 0);
988     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
989     crit_enter();
990     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
991         _lwkt_dequeue(td);
992         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
993         _lwkt_enqueue(td);
994     } else {
995         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
996     }
997     crit_exit();
998 }
999
1000 void
1001 lwkt_setpri_self(int pri)
1002 {
1003     thread_t td = curthread;
1004
1005     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1006     crit_enter();
1007     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1008         _lwkt_dequeue(td);
1009         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
1010         _lwkt_enqueue(td);
1011     } else {
1012         td->td_pri = (td->td_pri & ~TDPRI_MASK) + pri;
1013     }
1014     crit_exit();
1015 }
1016
1017 /*
1018  * Migrate the current thread to the specified cpu.  The BGL must be held
1019  * (for the gd_tdallq manipulation XXX).  This is accomplished by 
1020  * descheduling ourselves from the current cpu, moving our thread to the
1021  * tdallq of the target cpu, IPI messaging the target cpu, and switching out.
1022  * TDF_MIGRATING prevents scheduling races while the thread is being migrated.
1023  */
1024 #ifdef SMP
1025 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
1026 #endif
1027
1028 void
1029 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1030 {
1031 #ifdef SMP
1032     thread_t td = curthread;
1033
1034     if (td->td_gd != rgd) {
1035         crit_enter_quick(td);
1036         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1037         lwkt_deschedule_self(td);
1038         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq); /* protected by BGL */
1039         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq); /* protected by BGL */
1040         lwkt_send_ipiq(rgd, (ipifunc_t)lwkt_setcpu_remote, td);
1041         lwkt_switch();
1042         /* we are now on the target cpu */
1043         crit_exit_quick(td);
1044     }
1045 #endif
1046 }
1047
1048 /*
1049  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1050  * do not have to enter another one).  The thread has already been moved to
1051  * our cpu's allq, but we must wait for the thread to be completely switched
1052  * out on the originating cpu before we schedule it on ours or the stack
1053  * state may be corrupt.  We clear TDF_MIGRATING after flushing the GD
1054  * change to main memory.
1055  *
1056  * XXX The use of TDF_MIGRATING might not be sufficient to avoid races
1057  * against wakeups.  It is best if this interface is used only when there
1058  * are no pending events that might try to schedule the thread.
1059  */
1060 #ifdef SMP
1061 static void
1062 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1063 {
1064     thread_t td = arg;
1065     globaldata_t gd = mycpu;
1066
1067     while (td->td_flags & TDF_RUNNING)
1068         cpu_mb1();
1069     td->td_gd = gd;
1070     cpu_mb2();
1071     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1072     _lwkt_enqueue(td);
1073 }
1074 #endif
1075
1076 struct proc *
1077 lwkt_preempted_proc(void)
1078 {
1079     thread_t td = curthread;
1080     while (td->td_preempted)
1081         td = td->td_preempted;
1082     return(td->td_proc);
1083 }
1084
1085 /*
1086  * Block on the specified wait queue until signaled.  A generation number
1087  * must be supplied to interlock the wait queue.  The function will
1088  * return immediately if the generation number does not match the wait
1089  * structure's generation number.
1090  */
1091 void
1092 lwkt_block(lwkt_wait_t w, const char *wmesg, int *gen)
1093 {
1094     thread_t td = curthread;
1095     lwkt_tokref ilock;
1096
1097     lwkt_gettoken(&ilock, &w->wa_token);
1098     crit_enter();
1099     if (w->wa_gen == *gen) {
1100         _lwkt_dequeue(td);
1101         TAILQ_INSERT_TAIL(&w->wa_waitq, td, td_threadq);
1102         ++w->wa_count;
1103         td->td_wait = w;
1104         td->td_wmesg = wmesg;
1105     again:
1106         lwkt_switch();
1107         if (td->td_wmesg != NULL) {
1108             _lwkt_dequeue(td);
1109             goto again;
1110         }
1111     }
1112     crit_exit();
1113     *gen = w->wa_gen;
1114     lwkt_reltoken(&ilock);
1115 }
1116
1117 /*
1118  * Signal a wait queue.  We gain ownership of the wait queue in order to
1119  * signal it.  Once a thread is removed from the wait queue we have to
1120  * deal with the cpu owning the thread.
1121  *
1122  * Note: alternatively we could message the target cpu owning the wait
1123  * queue.  YYY implement as sysctl.
1124  */
1125 void
1126 lwkt_signal(lwkt_wait_t w, int count)
1127 {
1128     thread_t td;
1129     lwkt_tokref ilock;
1130
1131     lwkt_gettoken(&ilock, &w->wa_token);
1132     ++w->wa_gen;
1133     crit_enter();
1134     if (count < 0)
1135         count = w->wa_count;
1136     while ((td = TAILQ_FIRST(&w->wa_waitq)) != NULL && count) {
1137         --count;
1138         --w->wa_count;
1139         TAILQ_REMOVE(&w->wa_waitq, td, td_threadq);
1140         td->td_wait = NULL;
1141         td->td_wmesg = NULL;
1142         if (td->td_gd == mycpu) {
1143             _lwkt_enqueue(td);
1144         } else {
1145             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc_t)lwkt_schedule, td);
1146         }
1147     }
1148     crit_exit();
1149     lwkt_reltoken(&ilock);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1154  * with proc0 - ie: kernel only.
1155  *
1156  * NOTE!  By default new threads are created with the MP lock held.  A 
1157  * thread which does not require the MP lock should release it by calling
1158  * rel_mplock() at the start of the new thread.
1159  */
1160 int
1161 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg,
1162     struct thread **tdp, thread_t template, int tdflags, int cpu,
1163     const char *fmt, ...)
1164 {
1165     thread_t td;
1166     __va_list ap;
1167
1168     td = lwkt_alloc_thread(template, cpu);
1169     if (tdp)
1170         *tdp = td;
1171     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1172     td->td_flags |= TDF_VERBOSE | tdflags;
1173 #ifdef SMP
1174     td->td_mpcount = 1;
1175 #endif
1176
1177     /*
1178      * Set up arg0 for 'ps' etc
1179      */
1180     __va_start(ap, fmt);
1181     vsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1182     __va_end(ap);
1183
1184     /*
1185      * Schedule the thread to run
1186      */
1187     if ((td->td_flags & TDF_STOPREQ) == 0)
1188         lwkt_schedule(td);
1189     else
1190         td->td_flags &= ~TDF_STOPREQ;
1191     return 0;
1192 }
1193
1194 /*
1195  * kthread_* is specific to the kernel and is not needed by userland.
1196  */
1197 #ifdef _KERNEL
1198
1199 /*
1200  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1201  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1202  * uses a different reaping mechanism.
1203  */
1204 void
1205 lwkt_exit(void)
1206 {
1207     thread_t td = curthread;
1208
1209     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1210         printf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1211     caps_exit(td);
1212     crit_enter_quick(td);
1213     lwkt_deschedule_self(td);
1214     ++mycpu->gd_tdfreecount;
1215     TAILQ_INSERT_TAIL(&mycpu->gd_tdfreeq, td, td_threadq);
1216     cpu_thread_exit();
1217 }
1218
1219 /*
1220  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1221  * with proc0 - ie: kernel only.  5.x compatible.
1222  *
1223  * NOTE!  By default kthreads are created with the MP lock held.  A
1224  * thread which does not require the MP lock should release it by calling
1225  * rel_mplock() at the start of the new thread.
1226  */
1227 int
1228 kthread_create(void (*func)(void *), void *arg,
1229     struct thread **tdp, const char *fmt, ...)
1230 {
1231     thread_t td;
1232     __va_list ap;
1233
1234     td = lwkt_alloc_thread(NULL, -1);
1235     if (tdp)
1236         *tdp = td;
1237     cpu_set_thread_handler(td, kthread_exit, func, arg);
1238     td->td_flags |= TDF_VERBOSE;
1239 #ifdef SMP
1240     td->td_mpcount = 1;
1241 #endif
1242
1243     /*
1244      * Set up arg0 for 'ps' etc
1245      */
1246     __va_start(ap, fmt);
1247     vsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1248     __va_end(ap);
1249
1250     /*
1251      * Schedule the thread to run
1252      */
1253     lwkt_schedule(td);
1254     return 0;
1255 }
1256
1257 /*
1258  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1259  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1260  * uses a different reaping mechanism.
1261  *
1262  * XXX duplicates lwkt_exit()
1263  */
1264 void
1265 kthread_exit(void)
1266 {
1267     lwkt_exit();
1268 }
1269
1270 #endif /* _KERNEL */
1271
1272 void
1273 crit_panic(void)
1274 {
1275     thread_t td = curthread;
1276     int lpri = td->td_pri;
1277
1278     td->td_pri = 0;
1279     panic("td_pri is/would-go negative! %p %d", td, lpri);
1280 }
1281