sys/kern/kern_clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
   3  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
   4  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   5  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   6  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   7  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   8  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   9  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  40  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  41  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.12 2003/10/17 07:30:42 dillon Exp $
  42  */
  43
  44 #include "opt_ntp.h"
  45
  46 #include <sys/param.h>
  47 #include <sys/systm.h>
  48 #include <sys/dkstat.h>
  49 #include <sys/callout.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/proc.h>
  52 #include <sys/malloc.h>
  53 #include <sys/resourcevar.h>
  54 #include <sys/signalvar.h>
  55 #include <sys/timex.h>
  56 #include <sys/timepps.h>
  57 #include <vm/vm.h>
  58 #include <sys/lock.h>
  59 #include <vm/pmap.h>
  60 #include <vm/vm_map.h>
  61 #include <sys/sysctl.h>
  62
  63 #include <machine/cpu.h>
  64 #include <machine/limits.h>
  65 #include <machine/smp.h>
  66
  67 #ifdef GPROF
  68 #include <sys/gmon.h>
  69 #endif
  70
  71 #ifdef DEVICE_POLLING
  72 extern void init_device_poll(void);
  73 extern void hardclock_device_poll(void);
  74 #endif /* DEVICE_POLLING */
  75
  76 /*
  77  * Number of timecounters used to implement stable storage
  78  */
  79 #ifndef NTIMECOUNTER
  80 #define NTIMECOUNTER    5
  81 #endif
  82
  83 static MALLOC_DEFINE(M_TIMECOUNTER, "timecounter",
  84         "Timecounter stable storage");
  85
  86 static void initclocks (void *dummy);
  87 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
  88
  89 static void tco_forward (int force);
  90 static void tco_setscales (struct timecounter *tc);
  91 static __inline unsigned tco_delta (struct timecounter *tc);
  92
  93 /*
  94  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
  95  * Note that cp_time[] counts in microseconds, but most userland programs
  96  * just compare relative times against the total by delta.
  97  */
  98 long cp_time[CPUSTATES];
  99
 100 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
 101     "LU", "CPU time statistics");
 102
 103 long tk_cancc;
 104 long tk_nin;
 105 long tk_nout;
 106 long tk_rawcc;
 107
 108 time_t time_second;
 109
 110 struct  timeval boottime;
 111 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 112     &boottime, timeval, "System boottime");
 113
 114 /*
 115  * Which update policy to use.
 116  *   0 - every tick, bad hardware may fail with "calcru negative..."
 117  *   1 - more resistent to the above hardware, but less efficient.
 118  */
 119 static int tco_method;
 120
 121 /*
 122  * Implement a dummy timecounter which we can use until we get a real one
 123  * in the air.  This allows the console and other early stuff to use
 124  * timeservices.
 125  */
 126
 127 static unsigned
 128 dummy_get_timecount(struct timecounter *tc)
 129 {
 130         static unsigned now;
 131         return (++now);
 132 }
 133
 134 static struct timecounter dummy_timecounter = {
 135         dummy_get_timecount,
 136         0,
 137         ~0u,
 138         1000000,
 139         "dummy"
 140 };
 141
 142 struct timecounter *timecounter = &dummy_timecounter;
 143
 144 /*
 145  * Clock handling routines.
 146  *
 147  * This code is written to operate with two timers that run independently of
 148  * each other.
 149  *
 150  * The main timer, running hz times per second, is used to trigger interval
 151  * timers, timeouts and rescheduling as needed.
 152  *
 153  * The second timer handles kernel and user profiling,
 154  * and does resource use estimation.  If the second timer is programmable,
 155  * it is randomized to avoid aliasing between the two clocks.  For example,
 156  * the randomization prevents an adversary from always giving up the cpu
 157  * just before its quantum expires.  Otherwise, it would never accumulate
 158  * cpu ticks.  The mean frequency of the second timer is stathz.
 159  *
 160  * If no second timer exists, stathz will be zero; in this case we drive
 161  * profiling and statistics off the main clock.  This WILL NOT be accurate;
 162  * do not do it unless absolutely necessary.
 163  *
 164  * The statistics clock may (or may not) be run at a higher rate while
 165  * profiling.  This profile clock runs at profhz.  We require that profhz
 166  * be an integral multiple of stathz.
 167  *
 168  * If the statistics clock is running fast, it must be divided by the ratio
 169  * profhz/stathz for statistics.  (For profiling, every tick counts.)
 170  *
 171  * Time-of-day is maintained using a "timecounter", which may or may
 172  * not be related to the hardware generating the above mentioned
 173  * interrupts.
 174  */
 175
 176 int     stathz;
 177 int     profhz;
 178 static int profprocs;
 179 int     ticks;
 180 static int psticks;                     /* profiler ticks */
 181 static int psdiv;                       /* prof / stat divider */
 182 int     psratio;                        /* ratio: prof * 100 / stat */
 183
 184 /*
 185  * Initialize clock frequencies and start both clocks running.
 186  */
 187 /* ARGSUSED*/
 188 static void
 189 initclocks(dummy)
 190         void *dummy;
 191 {
 192         int i;
 193
 194         /*
 195          * Set divisors to 1 (normal case) and let the machine-specific
 196          * code do its bit.
 197          */
 198         psdiv = 1;
 199         cpu_initclocks();
 200
 201 #ifdef DEVICE_POLLING
 202         init_device_poll();
 203 #endif
 204
 205         /*
 206          * Compute profhz/stathz, and fix profhz if needed.
 207          */
 208         i = stathz ? stathz : hz;
 209         if (profhz == 0)
 210                 profhz = i;
 211         psratio = profhz / i;
 212 }
 213
 214 /*
 215  * The real-time timer, interrupting hz times per second.  This is implemented
 216  * as a FAST interrupt so it is in the context of the thread it interrupted,
 217  * and not in an interrupt thread.  YYY needs help.
 218  */
 219 void
 220 hardclock(frame)
 221         struct clockframe *frame;
 222 {
 223         struct proc *p;
 224
 225         p = curproc;
 226         if (p) {
 227                 struct pstats *pstats;
 228
 229                 /*
 230                  * Run current process's virtual and profile time, as needed.
 231                  */
 232                 pstats = p->p_stats;
 233                 if (CLKF_USERMODE(frame) &&
 234                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 235                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 236                         psignal(p, SIGVTALRM);
 237                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 238                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 239                         psignal(p, SIGPROF);
 240         }
 241
 242 #if 0 /* SMP and BETTER_CLOCK */
 243         forward_hardclock(pscnt);
 244 #endif
 245
 246         /*
 247          * If no separate statistics clock is available, run it from here.
 248          */
 249         if (stathz == 0)
 250                 statclock(frame);
 251
 252         tco_forward(0);
 253         ticks++;
 254
 255 #ifdef DEVICE_POLLING
 256         hardclock_device_poll();        /* this is very short and quick */
 257 #endif /* DEVICE_POLLING */
 258
 259         /*
 260          * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
 261          * relatively high clock interrupt priority any longer than necessary.
 262          */
 263         if (TAILQ_FIRST(&callwheel[ticks & callwheelmask]) != NULL) {
 264                 setsoftclock();
 265         } else if (softticks + 1 == ticks) {
 266                 ++softticks;
 267         }
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Compute number of ticks in the specified amount of time.
 272  */
 273 int
 274 tvtohz(tv)
 275         struct timeval *tv;
 276 {
 277         unsigned long ticks;
 278         long sec, usec;
 279
 280         /*
 281          * If the number of usecs in the whole seconds part of the time
 282          * difference fits in a long, then the total number of usecs will
 283          * fit in an unsigned long.  Compute the total and convert it to
 284          * ticks, rounding up and adding 1 to allow for the current tick
 285          * to expire.  Rounding also depends on unsigned long arithmetic
 286          * to avoid overflow.
 287          *
 288          * Otherwise, if the number of ticks in the whole seconds part of
 289          * the time difference fits in a long, then convert the parts to
 290          * ticks separately and add, using similar rounding methods and
 291          * overflow avoidance.  This method would work in the previous
 292          * case but it is slightly slower and assumes that hz is integral.
 293          *
 294          * Otherwise, round the time difference down to the maximum
 295          * representable value.
 296          *
 297          * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 298          * 10ms ticks is 248 days.
 299          */
 300         sec = tv->tv_sec;
 301         usec = tv->tv_usec;
 302         if (usec < 0) {
 303                 sec--;
 304                 usec += 1000000;
 305         }
 306         if (sec < 0) {
 307 #ifdef DIAGNOSTIC
 308                 if (usec > 0) {
 309                         sec++;
 310                         usec -= 1000000;
 311                 }
 312                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 313                        sec, usec);
 314 #endif
 315                 ticks = 1;
 316         } else if (sec <= LONG_MAX / 1000000)
 317                 ticks = (sec * 1000000 + (unsigned long)usec + (tick - 1))
 318                         / tick + 1;
 319         else if (sec <= LONG_MAX / hz)
 320                 ticks = sec * hz
 321                         + ((unsigned long)usec + (tick - 1)) / tick + 1;
 322         else
 323                 ticks = LONG_MAX;
 324         if (ticks > INT_MAX)
 325                 ticks = INT_MAX;
 326         return ((int)ticks);
 327 }
 328
 329 /*
 330  * Start profiling on a process.
 331  *
 332  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 333  * keeps the profile clock running constantly.
 334  */
 335 void
 336 startprofclock(p)
 337         struct proc *p;
 338 {
 339         int s;
 340
 341         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 342                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 343                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 344                         s = splstatclock();
 345                         psdiv = psratio;
 346                         setstatclockrate(profhz);
 347                         splx(s);
 348                 }
 349         }
 350 }
 351
 352 /*
 353  * Stop profiling on a process.
 354  */
 355 void
 356 stopprofclock(p)
 357         struct proc *p;
 358 {
 359         int s;
 360
 361         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 362                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 363                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 364                         s = splstatclock();
 365                         psdiv = 1;
 366                         setstatclockrate(stathz);
 367                         splx(s);
 368                 }
 369         }
 370 }
 371
 372 /*
 373  * Statistics clock.  Grab profile sample, and if divider reaches 0,
 374  * do process and kernel statistics.  Most of the statistics are only
 375  * used by user-level statistics programs.  The main exceptions are
 376  * p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and p->p_estcpu.
 377  *
 378  * The statclock should be called from an exclusive, fast interrupt,
 379  * so the context should be the thread/process that got interrupted and
 380  * not an interrupt thread.
 381  */
 382 void
 383 statclock(frame)
 384         struct clockframe *frame;
 385 {
 386 #ifdef GPROF
 387         struct gmonparam *g;
 388         int i;
 389 #endif
 390         thread_t td;
 391         struct pstats *pstats;
 392         long rss;
 393         struct rusage *ru;
 394         struct vmspace *vm;
 395         struct proc *p;
 396         int bump;
 397         struct timeval tv;
 398         struct timeval *stv;
 399
 400         /*
 401          * How big was our timeslice relative to the last time
 402          */
 403         microuptime(&tv);
 404         stv = &mycpu->gd_stattv;
 405         if (stv->tv_sec == 0) {
 406             bump = 1;
 407         } else {
 408             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 409                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 410             if (bump < 0)
 411                 bump = 0;
 412             if (bump > 1000000)
 413                 bump = 1000000;
 414         }
 415         *stv = tv;
 416
 417         td = curthread;
 418         p = td->td_proc;
 419
 420         if (CLKF_USERMODE(frame)) {
 421                 /*
 422                  * Came from userland, handle user time and deal with
 423                  * possible process.
 424                  */
 425                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 426                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 427 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
 428                 if (stathz != 0)
 429                         forward_statclock(pscnt);
 430 #endif
 431                 td->td_uticks += bump;
 432
 433                 /*
 434                  * Charge the time as appropriate
 435                  */
 436                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 437                         cp_time[CP_NICE] += bump;
 438                 else
 439                         cp_time[CP_USER] += bump;
 440         } else {
 441 #ifdef GPROF
 442                 /*
 443                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 444                  */
 445                 g = &_gmonparam;
 446                 if (g->state == GMON_PROF_ON) {
 447                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 448                         if (i < g->textsize) {
 449                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 450                                 g->kcount[i]++;
 451                         }
 452                 }
 453 #endif
 454 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
 455                 if (stathz != 0)
 456                         forward_statclock(pscnt);
 457 #endif
 458                 /*
 459                  * Came from kernel mode, so we were:
 460                  * - handling an interrupt,
 461                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 462                  *   user process, or
 463                  * - spinning in the idle loop.
 464                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 465                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 466                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 467                  * so that we know how much of its real time was spent
 468                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 469                  */
 470                 if (CLKF_INTR(frame))
 471                         td->td_iticks += bump;
 472                 else
 473                         td->td_sticks += bump;
 474
 475                 if (CLKF_INTR(frame)) {
 476                         cp_time[CP_INTR] += bump;
 477                 } else {
 478                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 479                                 cp_time[CP_IDLE] += bump;
 480                         else
 481                                 cp_time[CP_SYS] += bump;
 482                 }
 483         }
 484
 485         /*
 486          * bump psticks and check against gd_psticks.  When we hit the
 487          * 1*hz mark (psdiv ticks) we do the more expensive stuff.  If
 488          * psdiv changes we reset everything to avoid confusion.
 489          */
 490         ++psticks;
 491         if (psticks < mycpu->gd_psticks && psdiv == mycpu->gd_psdiv)
 492                 return;
 493
 494         mycpu->gd_psdiv = psdiv;
 495         mycpu->gd_psticks = psticks + psdiv;
 496
 497         /*
 498          * XXX YYY DragonFly... need to rewrite all of this,
 499          * only schedclock is distributed at the moment
 500          */
 501         schedclock(NULL);
 502 #ifdef SMP
 503         if (smp_started && invltlb_ok && !cold && !panicstr) /* YYY */
 504                 lwkt_send_ipiq_mask(mycpu->gd_other_cpus, schedclock, NULL);
 505 #endif
 506
 507         if (p != NULL) {
 508                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 509                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 510                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 511                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 512                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 513                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 514                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 515                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 516                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 517                                 ru->ru_maxrss = rss;
 518                 }
 519         }
 520 }
 521
 522 /*
 523  * Return information about system clocks.
 524  */
 525 static int
 526 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 527 {
 528         struct clockinfo clkinfo;
 529         /*
 530          * Construct clockinfo structure.
 531          */
 532         clkinfo.hz = hz;
 533         clkinfo.tick = tick;
 534         clkinfo.tickadj = tickadj;
 535         clkinfo.profhz = profhz;
 536         clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
 537         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 538 }
 539
 540 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 541         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 542
 543 static __inline unsigned
 544 tco_delta(struct timecounter *tc)
 545 {
 546
 547         return ((tc->tc_get_timecount(tc) - tc->tc_offset_count) &
 548             tc->tc_counter_mask);
 549 }
 550
 551 /*
 552  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 553  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 554  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 555  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 556  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 557  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 558  * time relative to system boot, these are well suited for time
 559  * interval measurements.
 560  */
 561
 562 void
 563 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 564 {
 565         struct timecounter *tc;
 566
 567         if (!tco_method) {
 568                 tc = timecounter;
 569                 *tvp = tc->tc_microtime;
 570         } else {
 571                 microtime(tvp);
 572         }
 573 }
 574
 575 void
 576 getnanotime(struct timespec *tsp)
 577 {
 578         struct timecounter *tc;
 579
 580         if (!tco_method) {
 581                 tc = timecounter;
 582                 *tsp = tc->tc_nanotime;
 583         } else {
 584                 nanotime(tsp);
 585         }
 586 }
 587
 588 void
 589 microtime(struct timeval *tv)
 590 {
 591         struct timecounter *tc;
 592
 593         tc = timecounter;
 594         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 595         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 596         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 597         tv->tv_usec += boottime.tv_usec;
 598         tv->tv_sec += boottime.tv_sec;
 599         while (tv->tv_usec < 0) {
 600                 tv->tv_usec += 1000000;
 601                 if (tv->tv_sec > 0)
 602                         tv->tv_sec--;
 603         }
 604         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 605                 tv->tv_usec -= 1000000;
 606                 tv->tv_sec++;
 607         }
 608 }
 609
 610 void
 611 nanotime(struct timespec *ts)
 612 {
 613         unsigned count;
 614         u_int64_t delta;
 615         struct timecounter *tc;
 616
 617         tc = timecounter;
 618         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 619         count = tco_delta(tc);
 620         delta = tc->tc_offset_nano;
 621         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 622         delta >>= 32;
 623         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 624         delta += boottime.tv_usec * 1000;
 625         ts->tv_sec += boottime.tv_sec;
 626         while (delta < 0) {
 627                 delta += 1000000000;
 628                 if (ts->tv_sec > 0)
 629                         ts->tv_sec--;
 630         }
 631         while (delta >= 1000000000) {
 632                 delta -= 1000000000;
 633                 ts->tv_sec++;
 634         }
 635         ts->tv_nsec = delta;
 636 }
 637
 638 void
 639 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 640 {
 641         struct timecounter *tc;
 642
 643         if (!tco_method) {
 644                 tc = timecounter;
 645                 tvp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 646                 tvp->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 647         } else {
 648                 microuptime(tvp);
 649         }
 650 }
 651
 652 void
 653 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 654 {
 655         struct timecounter *tc;
 656
 657         if (!tco_method) {
 658                 tc = timecounter;
 659                 tsp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 660                 tsp->tv_nsec = tc->tc_offset_nano >> 32;
 661         } else {
 662                 nanouptime(tsp);
 663         }
 664 }
 665
 666 void
 667 microuptime(struct timeval *tv)
 668 {
 669         struct timecounter *tc;
 670
 671         tc = timecounter;
 672         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 673         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 674         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 675         while (tv->tv_usec < 0) {
 676                 tv->tv_usec += 1000000;
 677                 if (tv->tv_sec > 0)
 678                         tv->tv_sec--;
 679         }
 680         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 681                 tv->tv_usec -= 1000000;
 682                 tv->tv_sec++;
 683         }
 684 }
 685
 686 void
 687 nanouptime(struct timespec *ts)
 688 {
 689         unsigned count;
 690         u_int64_t delta;
 691         struct timecounter *tc;
 692
 693         tc = timecounter;
 694         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 695         count = tco_delta(tc);
 696         delta = tc->tc_offset_nano;
 697         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 698         delta >>= 32;
 699         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 700         while (delta < 0) {
 701                 delta += 1000000000;
 702                 if (ts->tv_sec > 0)
 703                         ts->tv_sec--;
 704         }
 705         while (delta >= 1000000000) {
 706                 delta -= 1000000000;
 707                 ts->tv_sec++;
 708         }
 709         ts->tv_nsec = delta;
 710 }
 711
 712 static void
 713 tco_setscales(struct timecounter *tc)
 714 {
 715         u_int64_t scale;
 716
 717         scale = 1000000000LL << 32;
 718         scale += tc->tc_adjustment;
 719         scale /= tc->tc_tweak->tc_frequency;
 720         tc->tc_scale_micro = scale / 1000;
 721         tc->tc_scale_nano_f = scale & 0xffffffff;
 722         tc->tc_scale_nano_i = scale >> 32;
 723 }
 724
 725 void
 726 update_timecounter(struct timecounter *tc)
 727 {
 728         tco_setscales(tc);
 729 }
 730
 731 void
 732 init_timecounter(struct timecounter *tc)
 733 {
 734         struct timespec ts1;
 735         struct timecounter *t1, *t2, *t3;
 736         unsigned u;
 737         int i;
 738
 739         u = tc->tc_frequency / tc->tc_counter_mask;
 740         if (u > hz) {
 741                 printf("Timecounter \"%s\" frequency %lu Hz"
 742                        " -- Insufficient hz, needs at least %u\n",
 743                        tc->tc_name, (u_long) tc->tc_frequency, u);
 744                 return;
 745         }
 746
 747         tc->tc_adjustment = 0;
 748         tc->tc_tweak = tc;
 749         tco_setscales(tc);
 750         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 751         if (timecounter == &dummy_timecounter)
 752                 tc->tc_avail = tc;
 753         else {
 754                 tc->tc_avail = timecounter->tc_tweak->tc_avail;
 755                 timecounter->tc_tweak->tc_avail = tc;
 756         }
 757         MALLOC(t1, struct timecounter *, sizeof *t1, M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 758         tc->tc_other = t1;
 759         *t1 = *tc;
 760         t2 = t1;
 761         for (i = 1; i < NTIMECOUNTER; i++) {
 762                 MALLOC(t3, struct timecounter *, sizeof *t3,
 763                     M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 764                 *t3 = *tc;
 765                 t3->tc_other = t2;
 766                 t2 = t3;
 767         }
 768         t1->tc_other = t3;
 769         tc = t1;
 770
 771         printf("Timecounter \"%s\"  frequency %lu Hz\n",
 772             tc->tc_name, (u_long)tc->tc_frequency);
 773
 774         /* XXX: For now always start using the counter. */
 775         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 776         nanouptime(&ts1);
 777         tc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts1.tv_nsec << 32;
 778         tc->tc_offset_micro = ts1.tv_nsec / 1000;
 779         tc->tc_offset_sec = ts1.tv_sec;
 780         timecounter = tc;
 781 }
 782
 783 void
 784 set_timecounter(struct timespec *ts)
 785 {
 786         struct timespec ts2;
 787
 788         nanouptime(&ts2);
 789         boottime.tv_sec = ts->tv_sec - ts2.tv_sec;
 790         boottime.tv_usec = (ts->tv_nsec - ts2.tv_nsec) / 1000;
 791         if (boottime.tv_usec < 0) {
 792                 boottime.tv_usec += 1000000;
 793                 boottime.tv_sec--;
 794         }
 795         /* fiddle all the little crinkly bits around the fiords... */
 796         tco_forward(1);
 797 }
 798
 799 static void
 800 switch_timecounter(struct timecounter *newtc)
 801 {
 802         int s;
 803         struct timecounter *tc;
 804         struct timespec ts;
 805
 806         s = splclock();
 807         tc = timecounter;
 808         if (newtc->tc_tweak == tc->tc_tweak) {
 809                 splx(s);
 810                 return;
 811         }
 812         newtc = newtc->tc_tweak->tc_other;
 813         nanouptime(&ts);
 814         newtc->tc_offset_sec = ts.tv_sec;
 815         newtc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts.tv_nsec << 32;
 816         newtc->tc_offset_micro = ts.tv_nsec / 1000;
 817         newtc->tc_offset_count = newtc->tc_get_timecount(newtc);
 818         tco_setscales(newtc);
 819         timecounter = newtc;
 820         splx(s);
 821 }
 822
 823 static struct timecounter *
 824 sync_other_counter(void)
 825 {
 826         struct timecounter *tc, *tcn, *tco;
 827         unsigned delta;
 828
 829         tco = timecounter;
 830         tc = tco->tc_other;
 831         tcn = tc->tc_other;
 832         *tc = *tco;
 833         tc->tc_other = tcn;
 834         delta = tco_delta(tc);
 835         tc->tc_offset_count += delta;
 836         tc->tc_offset_count &= tc->tc_counter_mask;
 837         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_f;
 838         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_i << 32;
 839         return (tc);
 840 }
 841
 842 static void
 843 tco_forward(int force)
 844 {
 845         struct timecounter *tc, *tco;
 846         struct timeval tvt;
 847
 848         tco = timecounter;
 849         tc = sync_other_counter();
 850         /*
 851          * We may be inducing a tiny error here, the tc_poll_pps() may
 852          * process a latched count which happens after the tco_delta()
 853          * in sync_other_counter(), which would extend the previous
 854          * counters parameters into the domain of this new one.
 855          * Since the timewindow is very small for this, the error is
 856          * going to be only a few weenieseconds (as Dave Mills would
 857          * say), so lets just not talk more about it, OK ?
 858          */
 859         if (tco->tc_poll_pps)
 860                 tco->tc_poll_pps(tco);
 861         if (timedelta != 0) {
 862                 tvt = boottime;
 863                 tvt.tv_usec += tickdelta;
 864                 if (tvt.tv_usec >= 1000000) {
 865                         tvt.tv_sec++;
 866                         tvt.tv_usec -= 1000000;
 867                 } else if (tvt.tv_usec < 0) {
 868                         tvt.tv_sec--;
 869                         tvt.tv_usec += 1000000;
 870                 }
 871                 boottime = tvt;
 872                 timedelta -= tickdelta;
 873         }
 874
 875         while (tc->tc_offset_nano >= 1000000000ULL << 32) {
 876                 tc->tc_offset_nano -= 1000000000ULL << 32;
 877                 tc->tc_offset_sec++;
 878                 ntp_update_second(tc);  /* XXX only needed if xntpd runs */
 879                 tco_setscales(tc);
 880                 force++;
 881         }
 882
 883         if (tco_method && !force)
 884                 return;
 885
 886         tc->tc_offset_micro = (tc->tc_offset_nano / 1000) >> 32;
 887
 888         /* Figure out the wall-clock time */
 889         tc->tc_nanotime.tv_sec = tc->tc_offset_sec + boottime.tv_sec;
 890         tc->tc_nanotime.tv_nsec =
 891             (tc->tc_offset_nano >> 32) + boottime.tv_usec * 1000;
 892         tc->tc_microtime.tv_usec = tc->tc_offset_micro + boottime.tv_usec;
 893         while (tc->tc_nanotime.tv_nsec >= 1000000000) {
 894                 tc->tc_nanotime.tv_nsec -= 1000000000;
 895                 tc->tc_microtime.tv_usec -= 1000000;
 896                 tc->tc_nanotime.tv_sec++;
 897         }
 898         time_second = tc->tc_microtime.tv_sec = tc->tc_nanotime.tv_sec;
 899
 900         timecounter = tc;
 901 }
 902
 903 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, timecounter, CTLFLAG_RW, 0, "");
 904
 905 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, method, CTLFLAG_RW, &tco_method, 0,
 906     "This variable determines the method used for updating timecounters. "
 907     "If the default algorithm (0) fails with \"calcru negative...\" messages "
 908     "try the alternate algorithm (1) which handles bad hardware better."
 909
 910 );
 911
 912 static int
 913 sysctl_kern_timecounter_hardware(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 914 {
 915         char newname[32];
 916         struct timecounter *newtc, *tc;
 917         int error;
 918
 919         tc = timecounter->tc_tweak;
 920         strncpy(newname, tc->tc_name, sizeof(newname));
 921         error = sysctl_handle_string(oidp, &newname[0], sizeof(newname), req);
 922         if (error == 0 && req->newptr != NULL &&
 923             strcmp(newname, tc->tc_name) != 0) {
 924                 for (newtc = tc->tc_avail; newtc != tc;
 925                     newtc = newtc->tc_avail) {
 926                         if (strcmp(newname, newtc->tc_name) == 0) {
 927                                 /* Warm up new timecounter. */
 928                                 (void)newtc->tc_get_timecount(newtc);
 929
 930                                 switch_timecounter(newtc);
 931                                 return (0);
 932                         }
 933                 }
 934                 return (EINVAL);
 935         }
 936         return (error);
 937 }
 938
 939 SYSCTL_PROC(_kern_timecounter, OID_AUTO, hardware, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
 940     0, 0, sysctl_kern_timecounter_hardware, "A", "");
 941
 942
 943 int
 944 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
 945 {
 946         pps_params_t *app;
 947         struct pps_fetch_args *fapi;
 948 #ifdef PPS_SYNC
 949         struct pps_kcbind_args *kapi;
 950 #endif
 951
 952         switch (cmd) {
 953         case PPS_IOC_CREATE:
 954                 return (0);
 955         case PPS_IOC_DESTROY:
 956                 return (0);
 957         case PPS_IOC_SETPARAMS:
 958                 app = (pps_params_t *)data;
 959                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
 960                         return (EINVAL);
 961                 pps->ppsparam = *app;
 962                 return (0);
 963         case PPS_IOC_GETPARAMS:
 964                 app = (pps_params_t *)data;
 965                 *app = pps->ppsparam;
 966                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
 967                 return (0);
 968         case PPS_IOC_GETCAP:
 969                 *(int*)data = pps->ppscap;
 970                 return (0);
 971         case PPS_IOC_FETCH:
 972                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
 973                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 974                         return (EINVAL);
 975                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
 976                         return (EOPNOTSUPP);
 977                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
 978                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
 979                 return (0);
 980         case PPS_IOC_KCBIND:
 981 #ifdef PPS_SYNC
 982                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
 983                 /* XXX Only root should be able to do this */
 984                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 985                         return (EINVAL);
 986                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
 987                         return (EINVAL);
 988                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
 989                         return (EINVAL);
 990                 pps->kcmode = kapi->edge;
 991                 return (0);
 992 #else
 993                 return (EOPNOTSUPP);
 994 #endif
 995         default:
 996                 return (ENOTTY);
 997         }
 998 }
 999
1000 void
1001 pps_init(struct pps_state *pps)
1002 {
1003         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1004         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1005                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1006         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1007                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1008 }
1009
1010 void
1011 pps_event(struct pps_state *pps, struct timecounter *tc, unsigned count, int event)
1012 {
1013         struct timespec ts, *tsp, *osp;
1014         u_int64_t delta;
1015         unsigned tcount, *pcount;
1016         int foff, fhard;
1017         pps_seq_t       *pseq;
1018
1019         /* Things would be easier with arrays... */
1020         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1021                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1022                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1023                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1024                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1025                 pcount = &pps->ppscount[0];
1026                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1027         } else {
1028                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1029                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1030                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1031                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1032                 pcount = &pps->ppscount[1];
1033                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1034         }
1035
1036         /* The timecounter changed: bail */
1037         if (!pps->ppstc ||
1038             pps->ppstc->tc_name != tc->tc_name ||
1039             tc->tc_name != timecounter->tc_name) {
1040                 pps->ppstc = tc;
1041                 *pcount = count;
1042                 return;
1043         }
1044
1045         /* Nothing really happened */
1046         if (*pcount == count)
1047                 return;
1048
1049         *pcount = count;
1050
1051         /* Convert the count to timespec */
1052         ts.tv_sec = tc->tc_offset_sec;
1053         tcount = count - tc->tc_offset_count;
1054         tcount &= tc->tc_counter_mask;
1055         delta = tc->tc_offset_nano;
1056         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_f);
1057         delta >>= 32;
1058         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_i);
1059         delta += boottime.tv_usec * 1000;
1060         ts.tv_sec += boottime.tv_sec;
1061         while (delta >= 1000000000) {
1062                 delta -= 1000000000;
1063                 ts.tv_sec++;
1064         }
1065         ts.tv_nsec = delta;
1066
1067         (*pseq)++;
1068         *tsp = ts;
1069
1070         if (foff) {
1071                 timespecadd(tsp, osp);
1072                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1073                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1074                         tsp->tv_sec -= 1;
1075                 }
1076         }
1077 #ifdef PPS_SYNC
1078         if (fhard) {
1079                 /* magic, at its best... */
1080                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1081                 pps->ppscount[2] = count;
1082                 tcount &= tc->tc_counter_mask;
1083                 delta = ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_f);
1084                 delta >>= 32;
1085                 delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_i);
1086                 hardpps(tsp, delta);
1087         }
1088 #endif
1089 }