Remove LK_REENABLE (related to the LK_DRAIN removal).
[dragonfly.git] / sys / kern / kern_clock.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003,2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * 
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  * 
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  * 
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  * 
34  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
35  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
36  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
37  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
38  * All or some portions of this file are derived from material licensed
39  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
40  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
41  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
42  *
43  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
44  * modification, are permitted provided that the following conditions
45  * are met:
46  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
47  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
48  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
49  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
50  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
51  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
52  *    must display the following acknowledgement:
53  *      This product includes software developed by the University of
54  *      California, Berkeley and its contributors.
55  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
56  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
57  *    without specific prior written permission.
58  *
59  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
60  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
61  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
62  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
63  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
64  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
65  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
66  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
67  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
68  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
69  * SUCH DAMAGE.
70  *
71  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
72  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
73  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.51 2006/03/24 18:30:33 dillon Exp $
74  */
75
76 #include "opt_ntp.h"
77 #include "opt_polling.h"
78
79 #include <sys/param.h>
80 #include <sys/systm.h>
81 #include <sys/callout.h>
82 #include <sys/kernel.h>
83 #include <sys/kinfo.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/malloc.h>
86 #include <sys/resourcevar.h>
87 #include <sys/signalvar.h>
88 #include <sys/timex.h>
89 #include <sys/timepps.h>
90 #include <vm/vm.h>
91 #include <sys/lock.h>
92 #include <vm/pmap.h>
93 #include <vm/vm_map.h>
94 #include <vm/vm_extern.h>
95 #include <sys/sysctl.h>
96 #include <sys/thread2.h>
97
98 #include <machine/cpu.h>
99 #include <machine/limits.h>
100 #include <machine/smp.h>
101
102 #ifdef GPROF
103 #include <sys/gmon.h>
104 #endif
105
106 #ifdef DEVICE_POLLING
107 extern void init_device_poll(void);
108 #endif
109
110 static void initclocks (void *dummy);
111 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
112
113 /*
114  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
115  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
116  * just compare relative times against the total by delta.
117  */
118 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
119 #ifdef SMP
120 static int
121 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
122 {
123         int cpu, error = 0;
124         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
125
126         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
127                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_percpu[cpu], size)))
128                         break;
129         }
130
131         return (error);
132 }
133 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
134         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
135 #else
136 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, cputime, CTLFLAG_RD, &cpu_time, kinfo_cputime,
137     "CPU time statistics");
138 #endif
139
140 /*
141  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
142  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
143  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
144  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
145  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
146  *
147  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
148  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
149  * the real time.
150  */
151 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
152 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
153
154 /*
155  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
156  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(), 
157  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
158  *
159  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
160  * gd_cpuclock_base.
161  *
162  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
163  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
164  * interrupt races on UP systems.
165  */
166 #define BASETIME_ARYSIZE        16
167 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
168 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
169 static volatile int basetime_index;
170
171 static int
172 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
173 {
174         struct timespec *bt;
175         int error;
176         int index;
177
178         /*
179          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
180          * a load fence is required to ensure that the data we read has
181          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
182          */
183         index = basetime_index;
184         cpu_lfence();
185         bt = &basetime[index];
186         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
187         return (error);
188 }
189
190 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
191     &boottime, timespec, "System boottime");
192 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
193     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
194
195 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
196 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
197 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
198 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
199
200 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
201 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
202 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
203 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
204
205 /* NTPD time correction fields */
206 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
207 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
208 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
209 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
210 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
211 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
212 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
213 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
214
215 /*
216  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
217  */
218 /* ARGSUSED*/
219 static void
220 initclocks(void *dummy)
221 {
222         cpu_initclocks();
223 #ifdef DEVICE_POLLING
224         init_device_poll();
225 #endif
226         /*psratio = profhz / stathz;*/
227         initclocks_pcpu();
228         clocks_running = 1;
229 }
230
231 /*
232  * Called on a per-cpu basis
233  */
234 void
235 initclocks_pcpu(void)
236 {
237         struct globaldata *gd = mycpu;
238
239         crit_enter();
240         if (gd->gd_cpuid == 0) {
241             gd->gd_time_seconds = 1;
242             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
243         } else {
244             /* XXX */
245             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
246             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
247         }
248
249         /*
250          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
251          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
252          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
253          * the actual sysclock, not the ticks count.
254          */
255         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
256         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
257         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
258         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock, 
259                                 NULL, ESTCPUFREQ); 
260         crit_exit();
261 }
262
263 /*
264  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
265  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
266  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
267  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
268  * a monotonically increasing 'uptime' value.
269  *
270  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
271  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
272  */
273 void
274 set_timeofday(struct timespec *ts)
275 {
276         struct timespec *nbt;
277         int ni;
278
279         /*
280          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
281          */
282         crit_enter();
283         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
284         nbt = &basetime[ni];
285         nanouptime(nbt);
286         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
287         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
288         if (nbt->tv_nsec < 0) {
289             nbt->tv_nsec += 1000000000;
290             --nbt->tv_sec;
291         }
292
293         /*
294          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
295          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
296          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
297          * can simply assign boottime to basetime.  
298          *
299          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
300          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
301          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
302          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
303          * into account in the basetime calculation above.
304          */
305         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
306         ntp_delta = 0;
307
308         /*
309          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
310          * then update the index.
311          */
312         cpu_sfence();
313         basetime_index = ni;
314
315         crit_exit();
316 }
317         
318 /*
319  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
320  * on cpu #0.
321  *
322  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
323  * manipulate objects owned by the current cpu.
324  */
325 static void
326 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
327 {
328         sysclock_t cputicks;
329         struct proc *p;
330         struct pstats *pstats;
331         struct globaldata *gd = mycpu;
332
333         /*
334          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
335          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
336          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
337          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
338          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
339          * stay in synch.
340          *
341          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
342          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
343          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
344          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
345          * timers count events, though everything should resynch again
346          * immediately.
347          */
348         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
349         if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
350                 ++gd->gd_time_seconds;
351                 gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq;
352         }
353
354         /*
355          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
356          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
357          * by updating basetime.
358          */
359         if (gd->gd_cpuid == 0) {
360             struct timespec *nbt;
361             struct timespec nts;
362             int leap;
363             int ni;
364
365             ++ticks;
366
367 #if 0
368             if (tco->tc_poll_pps) 
369                 tco->tc_poll_pps(tco);
370 #endif
371
372             /*
373              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
374              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
375              * with the current basetime and then make adjustments.
376              */
377             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
378             nbt = &basetime[ni];
379             *nbt = basetime[basetime_index];
380
381             /*
382              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
383              *
384              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
385              * sufficient to access these variables.
386              */
387             if (ntp_delta != 0) {
388                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
389                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
390                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
391                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
392                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
393                 }
394             }
395
396             /*
397              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
398              */
399             if (ntp_tick_permanent != 0) {
400                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
401                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
402                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
403                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
404                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
405                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
406                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
407                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
408                 }
409             }
410
411             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
412                     nbt->tv_sec++;
413                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
414             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
415                     nbt->tv_sec--;
416                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
417             }
418
419             /*
420              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
421              */
422             if (nsec_adj != 0) {
423                 nsec_acc += nsec_adj;
424                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
425                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
426                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
427                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
428                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
429                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
430                 }
431                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
432                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
433                     ++nbt->tv_sec;
434                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
435                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
436                     --nbt->tv_sec;
437                 }
438             }
439
440             /************************************************************
441              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
442              ************************************************************
443              *
444              * Taking into account all the corrections made above, figure
445              * out the new real time.  If the seconds field has changed
446              * then apply any pending leap-second corrections.
447              */
448             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
449
450             if (time_second != nts.tv_sec) {
451                 /*
452                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
453                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
454                  */
455                 if (ntp_leap_second) {
456                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
457                         if (ntp_leap_insert) {
458                             nbt->tv_sec++;
459                             nts.tv_sec++;
460                         } else {
461                             nbt->tv_sec--;
462                             nts.tv_sec--;
463                         }
464                         ntp_leap_second--;
465                     }
466                 }
467
468                 /*
469                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
470                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
471                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
472                  */
473                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
474                 nsec_adj /= hz;
475                 nbt->tv_sec += leap;
476                 nts.tv_sec += leap;
477
478                 /*
479                  * Update the time_second 'approximate time' global.
480                  */
481                 time_second = nts.tv_sec;
482             }
483
484             /*
485              * Finally, our new basetime is ready to go live!
486              */
487             cpu_sfence();
488             basetime_index = ni;
489
490             /*
491              * Figure out how badly the system is starved for memory
492              */
493             vm_fault_ratecheck();
494         }
495
496         /*
497          * softticks are handled for all cpus
498          */
499         hardclock_softtick(gd);
500
501         /*
502          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
503          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
504          */
505         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
506                 pstats = p->p_stats;
507                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
508                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
509                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
510                         psignal(p, SIGVTALRM);
511                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
512                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
513                         psignal(p, SIGPROF);
514                 rel_mplock();
515         }
516         setdelayed();
517 }
518
519 /*
520  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
521  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
522  *
523  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
524  * manipulate objects owned by the current cpu.
525  *
526  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
527  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
528  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
529  * p->p_estcpu.
530  *
531  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
532  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
533  * interrupted.
534  */
535 static void
536 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
537 {
538 #ifdef GPROF
539         struct gmonparam *g;
540         int i;
541 #endif
542         thread_t td;
543         struct proc *p;
544         int bump;
545         struct timeval tv;
546         struct timeval *stv;
547
548         /*
549          * How big was our timeslice relative to the last time?
550          */
551         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
552         stv = &mycpu->gd_stattv;
553         if (stv->tv_sec == 0) {
554             bump = 1;
555         } else {
556             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
557                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
558             if (bump < 0)
559                 bump = 0;
560             if (bump > 1000000)
561                 bump = 1000000;
562         }
563         *stv = tv;
564
565         td = curthread;
566         p = td->td_proc;
567
568         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
569                 /*
570                  * Came from userland, handle user time and deal with
571                  * possible process.
572                  */
573                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
574                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
575                 td->td_uticks += bump;
576
577                 /*
578                  * Charge the time as appropriate
579                  */
580                 if (p && p->p_nice > NZERO)
581                         cpu_time.cp_nice += bump;
582                 else
583                         cpu_time.cp_user += bump;
584         } else {
585 #ifdef GPROF
586                 /*
587                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
588                  */
589                 g = &_gmonparam;
590                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
591                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
592                         if (i < g->textsize) {
593                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
594                                 g->kcount[i]++;
595                         }
596                 }
597 #endif
598                 /*
599                  * Came from kernel mode, so we were:
600                  * - handling an interrupt,
601                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
602                  *   user process, or
603                  * - spinning in the idle loop.
604                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
605                  * Note that we charge interrupts to the current process,
606                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
607                  * so that we know how much of its real time was spent
608                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
609                  *
610                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame 
611                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
612                  */
613                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
614                         td->td_iticks += bump;
615                 else
616                         td->td_sticks += bump;
617
618                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
619                         cpu_time.cp_intr += bump;
620                 } else {
621                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
622                                 cpu_time.cp_idle += bump;
623                         else
624                                 cpu_time.cp_sys += bump;
625                 }
626         }
627 }
628
629 /*
630  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
631  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
632  * but that's about it.
633  *
634  * Each cpu has its own scheduler clock.
635  */
636 static void
637 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
638 {
639         struct lwp *lp;
640         struct pstats *pstats;
641         struct rusage *ru;
642         struct vmspace *vm;
643         long rss;
644
645         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
646                 /*
647                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
648                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
649                  * HERE.
650                  */
651                 ++lp->lwp_cpticks;
652                 /*
653                  * XXX I think accessing lwp_proc's p_usched is
654                  * reasonably MP safe.  This needs to be revisited
655                  * when we have pluggable schedulers.
656                  */
657                 lp->lwp_proc->p_usched->schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
658         }
659         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
660                 /*
661                  * Update resource usage integrals and maximums.
662                  */
663                 if ((pstats = lp->lwp_stats) != NULL &&
664                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
665                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
666                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
667                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
668                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
669                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
670                         if (ru->ru_maxrss < rss)
671                                 ru->ru_maxrss = rss;
672                 }
673         }
674 }
675
676 /*
677  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The 
678  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
679  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
680  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
681  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
682  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
683  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
684  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
685  *
686  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
687  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
688  * the unsigned long maximum.
689  *
690  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
691  * 10ms ticks is 248 days.
692  */
693 int
694 tvtohz_high(struct timeval *tv)
695 {
696         int ticks;
697         long sec, usec;
698
699         sec = tv->tv_sec;
700         usec = tv->tv_usec;
701         if (usec < 0) {
702                 sec--;
703                 usec += 1000000;
704         }
705         if (sec < 0) {
706 #ifdef DIAGNOSTIC
707                 if (usec > 0) {
708                         sec++;
709                         usec -= 1000000;
710                 }
711                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
712                        sec, usec);
713 #endif
714                 ticks = 1;
715         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
716                 ticks = (int)(sec * hz + 
717                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
718         } else {
719                 ticks = INT_MAX;
720         }
721         return (ticks);
722 }
723
724 /*
725  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
726  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
727  * of ticks will not result in a late return.
728  *
729  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
730  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
731  * 1 tick.
732  *
733  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
734  * 10ms ticks is 248 days.
735  */
736 int
737 tvtohz_low(struct timeval *tv)
738 {
739         int ticks;
740         long sec;
741
742         sec = tv->tv_sec;
743         if (sec <= INT_MAX / hz)
744                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
745         else
746                 ticks = INT_MAX;
747         return (ticks);
748 }
749
750
751 /*
752  * Start profiling on a process.
753  *
754  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
755  * keeps the profile clock running constantly.
756  */
757 void
758 startprofclock(struct proc *p)
759 {
760         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
761                 p->p_flag |= P_PROFIL;
762 #if 0   /* XXX */
763                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
764                         crit_enter();
765                         psdiv = psratio;
766                         setstatclockrate(profhz);
767                         crit_exit();
768                 }
769 #endif
770         }
771 }
772
773 /*
774  * Stop profiling on a process.
775  */
776 void
777 stopprofclock(struct proc *p)
778 {
779         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
780                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
781 #if 0   /* XXX */
782                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
783                         crit_enter();
784                         psdiv = 1;
785                         setstatclockrate(stathz);
786                         crit_exit();
787                 }
788 #endif
789         }
790 }
791
792 /*
793  * Return information about system clocks.
794  */
795 static int
796 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
797 {
798         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
799         /*
800          * Construct clockinfo structure.
801          */
802         clkinfo.ci_hz = hz;
803         clkinfo.ci_tick = tick;
804         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
805         clkinfo.ci_profhz = profhz;
806         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
807         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
808 }
809
810 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
811         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
812
813 /*
814  * We have eight functions for looking at the clock, four for
815  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
816  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
817  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
818  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
819  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
820  * time relative to system boot, these are well suited for time
821  * interval measurements.
822  *
823  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
824  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
825  * check on the seconds field changing out from under us.
826  *
827  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
828  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
829  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
830  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
831  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
832  */
833 void
834 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
835 {
836         struct globaldata *gd = mycpu;
837         sysclock_t delta;
838
839         do {
840                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
841                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
842         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
843
844         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
845                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
846                 delta %= sys_cputimer->freq;
847         }
848         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
849         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
850                 tvp->tv_usec -= 1000000;
851                 ++tvp->tv_sec;
852         }
853 }
854
855 void
856 getnanouptime(struct timespec *tsp)
857 {
858         struct globaldata *gd = mycpu;
859         sysclock_t delta;
860
861         do {
862                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
863                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
864         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
865
866         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
867                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
868                 delta %= sys_cputimer->freq;
869         }
870         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
871 }
872
873 void
874 microuptime(struct timeval *tvp)
875 {
876         struct globaldata *gd = mycpu;
877         sysclock_t delta;
878
879         do {
880                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
881                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
882         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
883
884         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
885                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
886                 delta %= sys_cputimer->freq;
887         }
888         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
889 }
890
891 void
892 nanouptime(struct timespec *tsp)
893 {
894         struct globaldata *gd = mycpu;
895         sysclock_t delta;
896
897         do {
898                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
899                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
900         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
901
902         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
903                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
904                 delta %= sys_cputimer->freq;
905         }
906         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
907 }
908
909 /*
910  * realtime routines
911  */
912
913 void
914 getmicrotime(struct timeval *tvp)
915 {
916         struct globaldata *gd = mycpu;
917         struct timespec *bt;
918         sysclock_t delta;
919
920         do {
921                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
922                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
923         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
924
925         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
926                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
927                 delta %= sys_cputimer->freq;
928         }
929         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
930
931         bt = &basetime[basetime_index];
932         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
933         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
934         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
935                 tvp->tv_usec -= 1000000;
936                 ++tvp->tv_sec;
937         }
938 }
939
940 void
941 getnanotime(struct timespec *tsp)
942 {
943         struct globaldata *gd = mycpu;
944         struct timespec *bt;
945         sysclock_t delta;
946
947         do {
948                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
949                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
950         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
951
952         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
953                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
954                 delta %= sys_cputimer->freq;
955         }
956         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
957
958         bt = &basetime[basetime_index];
959         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
960         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
961         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
962                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
963                 ++tsp->tv_sec;
964         }
965 }
966
967 static void
968 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
969 {
970         struct globaldata *gd = mycpu;
971         sysclock_t delta;
972
973         do {
974                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
975                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
976         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
977
978         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
979                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
980                 delta %= sys_cputimer->freq;
981         }
982         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
983
984         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
985         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
986         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
987                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
988                 ++tsp->tv_sec;
989         }
990 }
991
992
993 void
994 microtime(struct timeval *tvp)
995 {
996         struct globaldata *gd = mycpu;
997         struct timespec *bt;
998         sysclock_t delta;
999
1000         do {
1001                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1002                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1003         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1004
1005         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1006                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1007                 delta %= sys_cputimer->freq;
1008         }
1009         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1010
1011         bt = &basetime[basetime_index];
1012         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1013         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1014         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1015                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1016                 ++tvp->tv_sec;
1017         }
1018 }
1019
1020 void
1021 nanotime(struct timespec *tsp)
1022 {
1023         struct globaldata *gd = mycpu;
1024         struct timespec *bt;
1025         sysclock_t delta;
1026
1027         do {
1028                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1029                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1030         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1031
1032         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1033                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1034                 delta %= sys_cputimer->freq;
1035         }
1036         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1037
1038         bt = &basetime[basetime_index];
1039         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1040         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1041         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1042                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1043                 ++tsp->tv_sec;
1044         }
1045 }
1046
1047 /*
1048  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1049  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1050  */
1051 time_t
1052 get_approximate_time_t(void)
1053 {
1054         struct globaldata *gd = mycpu;
1055         struct timespec *bt;
1056
1057         bt = &basetime[basetime_index];
1058         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1059 }
1060
1061 int
1062 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1063 {
1064         pps_params_t *app;
1065         struct pps_fetch_args *fapi;
1066 #ifdef PPS_SYNC
1067         struct pps_kcbind_args *kapi;
1068 #endif
1069
1070         switch (cmd) {
1071         case PPS_IOC_CREATE:
1072                 return (0);
1073         case PPS_IOC_DESTROY:
1074                 return (0);
1075         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1076                 app = (pps_params_t *)data;
1077                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1078                         return (EINVAL);
1079                 pps->ppsparam = *app;         
1080                 return (0);
1081         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1082                 app = (pps_params_t *)data;
1083                 *app = pps->ppsparam;
1084                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1085                 return (0);
1086         case PPS_IOC_GETCAP:
1087                 *(int*)data = pps->ppscap;
1088                 return (0);
1089         case PPS_IOC_FETCH:
1090                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1091                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1092                         return (EINVAL);
1093                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1094                         return (EOPNOTSUPP);
1095                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;         
1096                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1097                 return (0);
1098         case PPS_IOC_KCBIND:
1099 #ifdef PPS_SYNC
1100                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1101                 /* XXX Only root should be able to do this */
1102                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1103                         return (EINVAL);
1104                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1105                         return (EINVAL);
1106                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1107                         return (EINVAL);
1108                 pps->kcmode = kapi->edge;
1109                 return (0);
1110 #else
1111                 return (EOPNOTSUPP);
1112 #endif
1113         default:
1114                 return (ENOTTY);
1115         }
1116 }
1117
1118 void
1119 pps_init(struct pps_state *pps)
1120 {
1121         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1122         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1123                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1124         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1125                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1126 }
1127
1128 void
1129 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1130 {
1131         struct globaldata *gd;
1132         struct timespec *tsp;
1133         struct timespec *osp;
1134         struct timespec *bt;
1135         struct timespec ts;
1136         sysclock_t *pcount;
1137 #ifdef PPS_SYNC
1138         sysclock_t tcount;
1139 #endif
1140         sysclock_t delta;
1141         pps_seq_t *pseq;
1142         int foff;
1143         int fhard;
1144
1145         gd = mycpu;
1146
1147         /* Things would be easier with arrays... */
1148         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1149                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1150                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1151                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1152                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1153                 pcount = &pps->ppscount[0];
1154                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1155         } else {
1156                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1157                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1158                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1159                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1160                 pcount = &pps->ppscount[1];
1161                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1162         }
1163
1164         /* Nothing really happened */
1165         if (*pcount == count)
1166                 return;
1167
1168         *pcount = count;
1169
1170         do {
1171                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1172                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1173         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1174
1175         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1176                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1177                 delta %= sys_cputimer->freq;
1178         }
1179         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1180         bt = &basetime[basetime_index];
1181         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1182         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1183         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1184                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1185                 ++ts.tv_sec;
1186         }
1187
1188         (*pseq)++;
1189         *tsp = ts;
1190
1191         if (foff) {
1192                 timespecadd(tsp, osp);
1193                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1194                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1195                         tsp->tv_sec -= 1;
1196                 }
1197         }
1198 #ifdef PPS_SYNC
1199         if (fhard) {
1200                 /* magic, at its best... */
1201                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1202                 pps->ppscount[2] = count;
1203                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1204                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1205                                  sys_cputimer->freq64_nsec * 
1206                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1207                 } else {
1208                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1209                 }
1210                 hardpps(tsp, delta);
1211         }
1212 #endif
1213 }
1214