Upgrade libressl. 1/2
[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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
52  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
53  *    without specific prior written permission.
54  *
55  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
56  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
57  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
58  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
59  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
60  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
61  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
62  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
63  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
64  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
65  * SUCH DAMAGE.
66  *
67  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
68  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
69  */
70
71 #include "opt_ntp.h"
72 #include "opt_pctrack.h"
73
74 #include <sys/param.h>
75 #include <sys/systm.h>
76 #include <sys/callout.h>
77 #include <sys/kernel.h>
78 #include <sys/kinfo.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/malloc.h>
81 #include <sys/resource.h>
82 #include <sys/resourcevar.h>
83 #include <sys/signalvar.h>
84 #include <sys/priv.h>
85 #include <sys/timex.h>
86 #include <sys/timepps.h>
87 #include <sys/upmap.h>
88 #include <sys/lock.h>
89 #include <sys/sysctl.h>
90 #include <sys/kcollect.h>
91
92 #include <vm/vm.h>
93 #include <vm/pmap.h>
94 #include <vm/vm_map.h>
95 #include <vm/vm_extern.h>
96
97 #include <sys/thread2.h>
98 #include <sys/spinlock2.h>
99
100 #include <machine/cpu.h>
101 #include <machine/limits.h>
102 #include <machine/smp.h>
103 #include <machine/cpufunc.h>
104 #include <machine/specialreg.h>
105 #include <machine/clock.h>
106
107 #ifdef DEBUG_PCTRACK
108 static void do_pctrack(struct intrframe *frame, int which);
109 #endif
110
111 static void initclocks (void *dummy);
112 SYSINIT(clocks, SI_BOOT2_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL);
113
114 /*
115  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
116  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
117  * just compare relative times against the total by delta.
118  */
119 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
120 #ifdef DEBUG_PCTRACK
121 struct kinfo_pcheader cputime_pcheader = { PCTRACK_SIZE, PCTRACK_ARYSIZE };
122 struct kinfo_pctrack cputime_pctrack[MAXCPU][PCTRACK_SIZE];
123 #endif
124
125 __read_mostly static int sniff_enable = 1;
126 __read_mostly static int sniff_target = -1;
127 __read_mostly static int clock_debug2 = 0;
128 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, sniff_enable, CTLFLAG_RW, &sniff_enable, 0 , "");
129 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, sniff_target, CTLFLAG_RW, &sniff_target, 0 , "");
130 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, clock_debug2, CTLFLAG_RW, &clock_debug2, 0 , "");
131
132 static int
133 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
134 {
135         int cpu, error = 0;
136         int root_error;
137         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
138         struct kinfo_cputime tmp;
139
140         /*
141          * NOTE: For security reasons, only root can sniff %rip
142          */
143         root_error = priv_check_cred(curthread->td_ucred, PRIV_ROOT, 0);
144
145         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
146                 tmp = cputime_percpu[cpu];
147                 if (root_error == 0) {
148                         tmp.cp_sample_pc =
149                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_pc;
150                         tmp.cp_sample_sp =
151                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_sp;
152                 }
153                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &tmp, size)) != 0)
154                         break;
155         }
156
157         if (root_error == 0) {
158                 if (sniff_enable) {
159                         int n = sniff_target;
160                         if (n < 0)
161                                 smp_sniff();
162                         else if (n < ncpus)
163                                 cpu_sniff(n);
164                 }
165         }
166
167         return (error);
168 }
169 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
170         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
171
172 static int
173 sysctl_cp_time(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
174 {
175         long cpu_states[CPUSTATES] = {0};
176         int cpu, error = 0;
177         size_t size = sizeof(cpu_states);
178
179         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
180                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[cpu].cp_user;
181                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[cpu].cp_nice;
182                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[cpu].cp_sys;
183                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[cpu].cp_intr;
184                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[cpu].cp_idle;
185         }
186
187         error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
188
189         return (error);
190 }
191
192 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_time, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
193     sysctl_cp_time, "LU", "CPU time statistics");
194
195 static int
196 sysctl_cp_times(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
197 {
198         long cpu_states[CPUSTATES] = {0};
199         int cpu, error;
200         size_t size = sizeof(cpu_states);
201
202         for (error = 0, cpu = 0; error == 0 && cpu < ncpus; ++cpu) {
203                 cpu_states[CP_USER] = cputime_percpu[cpu].cp_user;
204                 cpu_states[CP_NICE] = cputime_percpu[cpu].cp_nice;
205                 cpu_states[CP_SYS] = cputime_percpu[cpu].cp_sys;
206                 cpu_states[CP_INTR] = cputime_percpu[cpu].cp_intr;
207                 cpu_states[CP_IDLE] = cputime_percpu[cpu].cp_idle;
208                 error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
209         }
210
211         return (error);
212 }
213
214 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_times, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
215     sysctl_cp_times, "LU", "per-CPU time statistics");
216
217 /*
218  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
219  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
220  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
221  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
222  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
223  *
224  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
225  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
226  * the real time.
227  *
228  * WARNING! time_second can backstep on time corrections. Also, unlike
229  *          time_second, time_uptime is not a "real" time_t (seconds
230  *          since the Epoch) but seconds since booting.
231  */
232 __read_mostly struct timespec boottime; /* boot time (realtime) for ref only */
233 __read_mostly struct timespec ticktime0;/* updated every tick */
234 __read_mostly struct timespec ticktime2;/* updated every tick */
235 __read_mostly int ticktime_update;
236 __read_mostly time_t time_second;       /* read-only 'passive' rt in seconds */
237 __read_mostly time_t time_uptime;       /* read-only 'passive' ut in seconds */
238
239 /*
240  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
241  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(), 
242  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
243  *
244  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
245  * gd_cpuclock_base.
246  *
247  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
248  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
249  * interrupt races on UP systems.
250  */
251 struct hardtime {
252         __uint32_t time_second;
253         sysclock_t cpuclock_base;
254 };
255
256 #define BASETIME_ARYSIZE        16
257 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
258 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
259 static struct hardtime hardtime[BASETIME_ARYSIZE];
260 static volatile int basetime_index;
261
262 static int
263 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
264 {
265         struct timespec *bt;
266         int error;
267         int index;
268
269         /*
270          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
271          * a load fence is required to ensure that the data we read has
272          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
273          */
274         index = basetime_index;
275         cpu_lfence();
276         bt = &basetime[index];
277         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
278         return (error);
279 }
280
281 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
282     &boottime, timespec, "System boottime");
283 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
284     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
285
286 static void hardclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
287 static void statclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
288 static void schedclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
289 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
290
291 /*
292  * Use __read_mostly for ticks and sched_ticks because these variables are
293  * used all over the kernel and only updated once per tick.
294  */
295 __read_mostly int ticks;                /* system master ticks at hz */
296 __read_mostly int sched_ticks;          /* global schedule clock ticks */
297 __read_mostly int clocks_running;       /* tsleep/timeout clocks operational */
298 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
299 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
300
301 /* NTPD time correction fields */
302 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
303 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
304 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
305 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
306 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
307 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
308 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
309 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
310 struct spinlock ntp_spin;
311
312 /*
313  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
314  */
315 /* ARGSUSED*/
316 static void
317 initclocks(void *dummy)
318 {
319         /*psratio = profhz / stathz;*/
320         spin_init(&ntp_spin, "ntp");
321         initclocks_pcpu();
322         clocks_running = 1;
323         if (kpmap) {
324             kpmap->tsc_freq = tsc_frequency;
325             kpmap->tick_freq = hz;
326         }
327 }
328
329 /*
330  * Called on a per-cpu basis from the idle thread bootstrap on each cpu
331  * during SMP initialization.
332  *
333  * This routine is called concurrently during low-level SMP initialization
334  * and may not block in any way.  Meaning, among other things, we can't
335  * acquire any tokens.
336  */
337 void
338 initclocks_pcpu(void)
339 {
340         struct globaldata *gd = mycpu;
341
342         crit_enter();
343         if (gd->gd_cpuid == 0) {
344             gd->gd_time_seconds = 1;
345             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
346             hardtime[0].time_second = gd->gd_time_seconds;
347             hardtime[0].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
348         } else {
349             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
350             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
351         }
352
353         systimer_intr_enable();
354
355         crit_exit();
356 }
357
358 /*
359  * Called on a 10-second interval after the system is operational.
360  * Return the collection data for USERPCT and install the data for
361  * SYSTPCT and IDLEPCT.
362  */
363 static
364 uint64_t
365 collect_cputime_callback(int n)
366 {
367         static long cpu_base[CPUSTATES];
368         long cpu_states[CPUSTATES];
369         long total;
370         long acc;
371         long lsb;
372
373         bzero(cpu_states, sizeof(cpu_states));
374         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
375                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[n].cp_user;
376                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[n].cp_nice;
377                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[n].cp_sys;
378                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[n].cp_intr;
379                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[n].cp_idle;
380         }
381
382         acc = 0;
383         for (n = 0; n < CPUSTATES; ++n) {
384                 total = cpu_states[n] - cpu_base[n];
385                 cpu_base[n] = cpu_states[n];
386                 cpu_states[n] = total;
387                 acc += total;
388         }
389         if (acc == 0)           /* prevent degenerate divide by 0 */
390                 acc = 1;
391         lsb = acc / (10000 * 2);
392         kcollect_setvalue(KCOLLECT_SYSTPCT,
393                           (cpu_states[CP_SYS] + lsb) * 10000 / acc);
394         kcollect_setvalue(KCOLLECT_IDLEPCT,
395                           (cpu_states[CP_IDLE] + lsb) * 10000 / acc);
396         kcollect_setvalue(KCOLLECT_INTRPCT,
397                           (cpu_states[CP_INTR] + lsb) * 10000 / acc);
398         return((cpu_states[CP_USER] + cpu_states[CP_NICE] + lsb) * 10000 / acc);
399 }
400
401 /*
402  * This routine is called on just the BSP, just after SMP initialization
403  * completes to * finish initializing any clocks that might contend/block
404  * (e.g. like on a token).  We can't do this in initclocks_pcpu() because
405  * that function is called from the idle thread bootstrap for each cpu and
406  * not allowed to block at all.
407  */
408 static
409 void
410 initclocks_other(void *dummy)
411 {
412         struct globaldata *ogd = mycpu;
413         struct globaldata *gd;
414         int n;
415
416         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
417                 lwkt_setcpu_self(globaldata_find(n));
418                 gd = mycpu;
419
420                 /*
421                  * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple
422                  * ticks from building up if the sysclock jumps forward
423                  * (8254 gets reset).  The sysclock will never jump backwards.
424                  * Our time sync is based on the actual sysclock, not the
425                  * ticks count.
426                  *
427                  * Install statclock before hardclock to prevent statclock
428                  * from misinterpreting gd_flags for tick assignment when
429                  * they overlap.  Also offset the statclock by half of
430                  * its interval to try to avoid being coincident with
431                  * callouts.
432                  */
433                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_statclock, statclock,
434                                           NULL, stathz,
435                                           SYSTF_MSSYNC | SYSTF_FIRST |
436                                           SYSTF_OFFSET50 | SYSTF_OFFSETCPU);
437                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_hardclock, hardclock,
438                                           NULL, hz,
439                                           SYSTF_MSSYNC | SYSTF_OFFSETCPU);
440         }
441         lwkt_setcpu_self(ogd);
442
443         /*
444          * Regular data collection
445          */
446         kcollect_register(KCOLLECT_USERPCT, "user", collect_cputime_callback,
447                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_USERPCT_FORMAT, 0));
448         kcollect_register(KCOLLECT_SYSTPCT, "syst", NULL,
449                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_SYSTPCT_FORMAT, 0));
450         kcollect_register(KCOLLECT_IDLEPCT, "idle", NULL,
451                           KCOLLECT_SCALE(KCOLLECT_IDLEPCT_FORMAT, 0));
452 }
453 SYSINIT(clocks2, SI_BOOT2_POST_SMP, SI_ORDER_ANY, initclocks_other, NULL);
454
455 /*
456  * This method is called on just the BSP, after all the usched implementations
457  * are initialized. This avoids races between usched initialization functions
458  * and usched_schedulerclock().
459  */
460 static
461 void
462 initclocks_usched(void *dummy)
463 {
464         struct globaldata *ogd = mycpu;
465         struct globaldata *gd;
466         int n;
467
468         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
469                 lwkt_setcpu_self(globaldata_find(n));
470                 gd = mycpu;
471
472                 /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
473                 systimer_init_periodic_flags(&gd->gd_schedclock, schedclock,
474                                           NULL, ESTCPUFREQ, SYSTF_MSSYNC);
475         }
476         lwkt_setcpu_self(ogd);
477 }
478 SYSINIT(clocks3, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_ANY, initclocks_usched, NULL);
479
480 /*
481  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
482  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
483  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
484  * time of day.  This way the gd_* fields are guaranteed to represent
485  * a monotonically increasing 'uptime' value.
486  *
487  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
488  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
489  */
490 void
491 set_timeofday(struct timespec *ts)
492 {
493         struct timespec *nbt;
494         int ni;
495
496         /*
497          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
498          */
499         crit_enter();
500         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
501         cpu_lfence();
502         nbt = &basetime[ni];
503         nanouptime(nbt);
504         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
505         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
506         if (nbt->tv_nsec < 0) {
507             nbt->tv_nsec += 1000000000;
508             --nbt->tv_sec;
509         }
510
511         /*
512          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
513          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
514          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
515          * can simply assign boottime to basetime.  
516          *
517          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
518          * compensated up to a point (it is guaranteed to remain monotonically
519          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
520          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
521          * into account in the basetime calculation above.
522          */
523         spin_lock(&ntp_spin);
524         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
525         ntp_delta = 0;
526
527         /*
528          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
529          * then update the index.
530          */
531         cpu_sfence();
532         basetime_index = ni;
533         spin_unlock(&ntp_spin);
534
535         crit_exit();
536 }
537         
538 /*
539  * Each cpu has its own hardclock, but we only increment ticks and softticks
540  * on cpu #0.
541  *
542  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
543  * manipulate objects owned by the current cpu.
544  */
545 static void
546 hardclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
547 {
548         sysclock_t cputicks;
549         struct proc *p;
550         struct globaldata *gd = mycpu;
551
552         if ((gd->gd_reqflags & RQF_IPIQ) == 0 && lwkt_need_ipiq_process(gd)) {
553                 /* Defer to doreti on passive IPIQ processing */
554                 need_ipiq();
555         }
556
557         /*
558          * We update the compensation base to calculate fine-grained time
559          * from the sys_cputimer on a per-cpu basis in order to avoid
560          * having to mess around with locks.  sys_cputimer is assumed to
561          * be consistent across all cpus.  CPU N copies the base state from
562          * CPU 0 using the same FIFO trick that we use for basetime (so we
563          * don't catch a CPU 0 update in the middle).
564          *
565          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
566          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
567          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
568          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
569          * timers count events, though everything should resynch again
570          * immediately.
571          */
572         if (gd->gd_cpuid == 0) {
573                 int ni;
574
575                 cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
576                 if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
577                         cputicks /= sys_cputimer->freq;
578                         if (cputicks != 0 && cputicks != 1)
579                                 kprintf("Warning: hardclock missed > 1 sec\n");
580                         gd->gd_time_seconds += cputicks;
581                         gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq * cputicks;
582                         /* uncorrected monotonic 1-sec gran */
583                         time_uptime += cputicks;
584                 }
585                 ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
586                 hardtime[ni].time_second = gd->gd_time_seconds;
587                 hardtime[ni].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
588         } else {
589                 int ni;
590
591                 ni = basetime_index;
592                 cpu_lfence();
593                 gd->gd_time_seconds = hardtime[ni].time_second;
594                 gd->gd_cpuclock_base = hardtime[ni].cpuclock_base;
595         }
596
597         /*
598          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
599          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
600          * by updating basetime.
601          */
602         if (gd->gd_cpuid == 0) {
603             struct timespec *nbt;
604             struct timespec nts;
605             int leap;
606             int ni;
607
608             /*
609              * Update system-wide ticks
610              */
611             ++ticks;
612
613             /*
614              * Update system-wide ticktime for getnanotime() and getmicrotime()
615              */
616             nanotime(&nts);
617             atomic_add_int_nonlocked(&ticktime_update, 1);
618             cpu_sfence();
619             if (ticktime_update & 2)
620                 ticktime2 = nts;
621             else
622                 ticktime0 = nts;
623             cpu_sfence();
624             atomic_add_int_nonlocked(&ticktime_update, 1);
625
626 #if 0
627             if (tco->tc_poll_pps) 
628                 tco->tc_poll_pps(tco);
629 #endif
630
631             /*
632              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
633              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
634              * with the current basetime and then make adjustments.
635              */
636             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
637             nbt = &basetime[ni];
638             *nbt = basetime[basetime_index];
639
640             /*
641              * ntp adjustments only occur on cpu 0 and are protected by
642              * ntp_spin.  This spinlock virtually never conflicts.
643              */
644             spin_lock(&ntp_spin);
645
646             /*
647              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
648              *
649              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
650              * sufficient to access these variables.
651              */
652             if (ntp_delta != 0) {
653                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
654                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
655                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
656                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
657                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
658                 }
659             }
660
661             /*
662              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
663              */
664             if (ntp_tick_permanent != 0) {
665                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
666                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
667                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
668                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
669                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
670                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
671                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
672                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
673                 }
674             }
675
676             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
677                     nbt->tv_sec++;
678                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
679             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
680                     nbt->tv_sec--;
681                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
682             }
683
684             /*
685              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
686              */
687             if (nsec_adj != 0) {
688                 nsec_acc += nsec_adj;
689                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
690                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
691                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
692                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
693                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
694                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
695                 }
696                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
697                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
698                     ++nbt->tv_sec;
699                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
700                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
701                     --nbt->tv_sec;
702                 }
703             }
704             spin_unlock(&ntp_spin);
705
706             /************************************************************
707              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
708              ************************************************************
709              *
710              * Taking into account all the corrections made above, figure
711              * out the new real time.  If the seconds field has changed
712              * then apply any pending leap-second corrections.
713              */
714             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
715
716             if (time_second != nts.tv_sec) {
717                 /*
718                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
719                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
720                  */
721                 if (ntp_leap_second) {
722                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
723                         if (ntp_leap_insert) {
724                             nbt->tv_sec++;
725                             nts.tv_sec++;
726                         } else {
727                             nbt->tv_sec--;
728                             nts.tv_sec--;
729                         }
730                         ntp_leap_second--;
731                     }
732                 }
733
734                 /*
735                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
736                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
737                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
738                  */
739                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
740                 nsec_adj /= hz;
741                 nbt->tv_sec += leap;
742                 nts.tv_sec += leap;
743
744                 /*
745                  * Update the time_second 'approximate time' global.
746                  */
747                 time_second = nts.tv_sec;
748
749                 /*
750                  * Clear the IPC hint for the currently running thread once
751                  * per second, allowing us to disconnect the hint from a
752                  * thread which may no longer care.
753                  */
754                 curthread->td_wakefromcpu = -1;
755             }
756
757             /*
758              * Finally, our new basetime is ready to go live!
759              */
760             cpu_sfence();
761             basetime_index = ni;
762
763             /*
764              * Update kpmap on each tick.  TS updates are integrated with
765              * fences and upticks allowing userland to read the data
766              * deterministically.
767              */
768             if (kpmap) {
769                 int w;
770
771                 w = (kpmap->upticks + 1) & 1;
772                 getnanouptime(&kpmap->ts_uptime[w]);
773                 getnanotime(&kpmap->ts_realtime[w]);
774                 cpu_sfence();
775                 ++kpmap->upticks;
776                 cpu_sfence();
777             }
778         }
779
780         /*
781          * lwkt thread scheduler fair queueing
782          */
783         lwkt_schedulerclock(curthread);
784
785         /*
786          * softticks are handled for all cpus
787          */
788         hardclock_softtick(gd);
789
790         /*
791          * Rollup accumulated vmstats, copy-back for critical path checks.
792          */
793         vmstats_rollup_cpu(gd);
794         vfscache_rollup_cpu(gd);
795         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
796
797         /*
798          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.
799          *
800          * We must acquire the per-process token in order for ksignal()
801          * to be non-blocking.  For the moment this requires an AST fault,
802          * the ksignal() cannot be safely issued from this hard interrupt.
803          *
804          * XXX Even the trytoken here isn't right, and itimer operation in
805          *     a multi threaded environment is going to be weird at the
806          *     very least.
807          */
808         if ((p = curproc) != NULL && lwkt_trytoken(&p->p_token)) {
809                 crit_enter_hard();
810                 if (p->p_upmap)
811                         ++p->p_upmap->runticks;
812
813                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
814                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
815                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], ustick) == 0) {
816                         p->p_flags |= P_SIGVTALRM;
817                         need_user_resched();
818                 }
819                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
820                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], ustick) == 0) {
821                         p->p_flags |= P_SIGPROF;
822                         need_user_resched();
823                 }
824                 crit_exit_hard();
825                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
826         }
827         setdelayed();
828 }
829
830 /*
831  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
832  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
833  *
834  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
835  * manipulate objects owned by the current cpu.
836  *
837  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
838  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
839  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
840  * p->p_estcpu.
841  *
842  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
843  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
844  * interrupted.
845  */
846 static void
847 statclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
848 {
849         globaldata_t gd = mycpu;
850         thread_t td;
851         struct proc *p;
852         int bump;
853         sysclock_t cv;
854         sysclock_t scv;
855
856         /*
857          * How big was our timeslice relative to the last time?  Calculate
858          * in microseconds.
859          *
860          * NOTE: Use of microuptime() is typically MPSAFE, but usually not
861          *       during early boot.  Just use the systimer count to be nice
862          *       to e.g. qemu.  The systimer has a better chance of being
863          *       MPSAFE at early boot.
864          */
865         cv = sys_cputimer->count();
866         scv = gd->statint.gd_statcv;
867         if (scv == 0) {
868                 bump = 1;
869         } else {
870                 bump = muldivu64(sys_cputimer->freq64_usec,
871                                  (cv - scv), 1L << 32);
872                 if (bump < 0)
873                         bump = 0;
874                 if (bump > 1000000)
875                         bump = 1000000;
876         }
877         gd->statint.gd_statcv = cv;
878
879 #if 0
880         stv = &gd->gd_stattv;
881         if (stv->tv_sec == 0) {
882             bump = 1;
883         } else {
884             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
885                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
886             if (bump < 0)
887                 bump = 0;
888             if (bump > 1000000)
889                 bump = 1000000;
890         }
891         *stv = tv;
892 #endif
893
894         td = curthread;
895         p = td->td_proc;
896
897         /*
898          * If this is an interrupt thread used for the clock interrupt, adjust
899          * td to the thread it is preempting.  If a frame is available, it will
900          * be related to the thread being preempted.
901          */
902         if ((td->td_flags & TDF_CLKTHREAD) && td->td_preempted)
903                 td = td->td_preempted;
904
905         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
906                 /*
907                  * Came from userland, handle user time and deal with
908                  * possible process.
909                  */
910                 if (p && (p->p_flags & P_PROFIL))
911                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
912                 td->td_uticks += bump;
913
914                 /*
915                  * Charge the time as appropriate
916                  */
917                 if (p && p->p_nice > NZERO)
918                         cpu_time.cp_nice += bump;
919                 else
920                         cpu_time.cp_user += bump;
921         } else {
922                 int intr_nest = gd->gd_intr_nesting_level;
923
924                 if (in_ipi) {
925                         /*
926                          * IPI processing code will bump gd_intr_nesting_level
927                          * up by one, which breaks following CLKF_INTR testing,
928                          * so we subtract it by one here.
929                          */
930                         --intr_nest;
931                 }
932
933                 /*
934                  * Came from kernel mode, so we were:
935                  * - handling an interrupt,
936                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
937                  *   user process, or
938                  * - spinning in the idle loop.
939                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
940                  * Note that we charge interrupts to the current process,
941                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
942                  * so that we know how much of its real time was spent
943                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
944                  *
945                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame 
946                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
947                  */
948                 if ((frame && CLKF_INTR(intr_nest)) ||
949                     cpu_interrupt_running(td)) {
950                         /*
951                          * If we interrupted an interrupt thread, well,
952                          * count it as interrupt time.
953                          */
954                         td->td_iticks += bump;
955 #ifdef DEBUG_PCTRACK
956                         if (frame)
957                                 do_pctrack(frame, PCTRACK_INT);
958 #endif
959                         cpu_time.cp_intr += bump;
960                 } else if (gd->gd_flags & GDF_VIRTUSER) {
961                         /*
962                          * The vkernel doesn't do a good job providing trap
963                          * frames that we can test.  If the GDF_VIRTUSER
964                          * flag is set we probably interrupted user mode.
965                          *
966                          * We also use this flag on the host when entering
967                          * VMM mode.
968                          */
969                         td->td_uticks += bump;
970
971                         /*
972                          * Charge the time as appropriate
973                          */
974                         if (p && p->p_nice > NZERO)
975                                 cpu_time.cp_nice += bump;
976                         else
977                                 cpu_time.cp_user += bump;
978                 } else {
979                         if (clock_debug2 > 0) {
980                                 --clock_debug2;
981                                 kprintf("statclock preempt %s (%p %p)\n", td->td_comm, td, &gd->gd_idlethread);
982                         }
983                         td->td_sticks += bump;
984                         if (td == &gd->gd_idlethread) {
985                                 /*
986                                  * We want to count token contention as
987                                  * system time.  When token contention occurs
988                                  * the cpu may only be outside its critical
989                                  * section while switching through the idle
990                                  * thread.  In this situation, various flags
991                                  * will be set in gd_reqflags.
992                                  *
993                                  * INTPEND is not necessarily useful because
994                                  * it will be set if the clock interrupt
995                                  * happens to be on an interrupt thread, the
996                                  * cpu_interrupt_running() call does a better
997                                  * job so we've already handled it.
998                                  */
999                                 if (gd->gd_reqflags &
1000                                     (RQF_IDLECHECK_WK_MASK & ~RQF_INTPEND)) {
1001                                         cpu_time.cp_sys += bump;
1002                                 } else {
1003                                         cpu_time.cp_idle += bump;
1004                                 }
1005                         } else {
1006                                 /*
1007                                  * System thread was running.
1008                                  */
1009 #ifdef DEBUG_PCTRACK
1010                                 if (frame)
1011                                         do_pctrack(frame, PCTRACK_SYS);
1012 #endif
1013                                 cpu_time.cp_sys += bump;
1014                         }
1015                 }
1016         }
1017 }
1018
1019 #ifdef DEBUG_PCTRACK
1020 /*
1021  * Sample the PC when in the kernel or in an interrupt.  User code can
1022  * retrieve the information and generate a histogram or other output.
1023  */
1024
1025 static void
1026 do_pctrack(struct intrframe *frame, int which)
1027 {
1028         struct kinfo_pctrack *pctrack;
1029
1030         pctrack = &cputime_pctrack[mycpu->gd_cpuid][which];
1031         pctrack->pc_array[pctrack->pc_index & PCTRACK_ARYMASK] = 
1032                 (void *)CLKF_PC(frame);
1033         ++pctrack->pc_index;
1034 }
1035
1036 static int
1037 sysctl_pctrack(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1038 {
1039         struct kinfo_pcheader head;
1040         int error;
1041         int cpu;
1042         int ntrack;
1043
1044         head.pc_ntrack = PCTRACK_SIZE;
1045         head.pc_arysize = PCTRACK_ARYSIZE;
1046
1047         if ((error = SYSCTL_OUT(req, &head, sizeof(head))) != 0)
1048                 return (error);
1049
1050         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
1051                 for (ntrack = 0; ntrack < PCTRACK_SIZE; ++ntrack) {
1052                         error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_pctrack[cpu][ntrack],
1053                                            sizeof(struct kinfo_pctrack));
1054                         if (error)
1055                                 break;
1056                 }
1057                 if (error)
1058                         break;
1059         }
1060         return (error);
1061 }
1062 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, pctrack, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
1063         sysctl_pctrack, "S,kinfo_pcheader", "CPU PC tracking");
1064
1065 #endif
1066
1067 /*
1068  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
1069  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
1070  * but that's about it.
1071  *
1072  * Each cpu has its own scheduler clock.
1073  */
1074 static void
1075 schedclock(systimer_t info, int in_ipi __unused, struct intrframe *frame)
1076 {
1077         struct lwp *lp;
1078         struct rusage *ru;
1079         struct vmspace *vm;
1080         long rss;
1081
1082         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
1083                 /*
1084                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
1085                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
1086                  * HERE.
1087                  */
1088                 ++lp->lwp_cpticks;
1089                 usched_schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
1090         } else {
1091                 usched_schedulerclock(NULL, info->periodic, info->time);
1092         }
1093         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
1094                 /*
1095                  * Update resource usage integrals and maximums.
1096                  */
1097                 if ((ru = &lp->lwp_proc->p_ru) &&
1098                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
1099                         ru->ru_ixrss += pgtok(btoc(vm->vm_tsize));
1100                         ru->ru_idrss += pgtok(btoc(vm->vm_dsize));
1101                         ru->ru_isrss += pgtok(btoc(vm->vm_ssize));
1102                         if (lwkt_trytoken(&vm->vm_map.token)) {
1103                                 rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
1104                                 if (ru->ru_maxrss < rss)
1105                                         ru->ru_maxrss = rss;
1106                                 lwkt_reltoken(&vm->vm_map.token);
1107                         }
1108                 }
1109         }
1110         /* Increment the global sched_ticks */
1111         if (mycpu->gd_cpuid == 0)
1112                 ++sched_ticks;
1113 }
1114
1115 /*
1116  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The 
1117  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
1118  * operation and guaranteed to meet or exceed the requested time.
1119  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
1120  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
1121  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
1122  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
1123  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
1124  *
1125  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
1126  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
1127  * the unsigned long maximum.
1128  *
1129  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1130  * 10ms ticks is 248 days.
1131  */
1132 int
1133 tvtohz_high(struct timeval *tv)
1134 {
1135         int ticks;
1136         long sec, usec;
1137
1138         sec = tv->tv_sec;
1139         usec = tv->tv_usec;
1140         if (usec < 0) {
1141                 sec--;
1142                 usec += 1000000;
1143         }
1144         if (sec < 0) {
1145 #ifdef DIAGNOSTIC
1146                 if (usec > 0) {
1147                         sec++;
1148                         usec -= 1000000;
1149                 }
1150                 kprintf("tvtohz_high: negative time difference "
1151                         "%ld sec %ld usec\n",
1152                         sec, usec);
1153 #endif
1154                 ticks = 1;
1155         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1156                 ticks = (int)(sec * hz + howmany((u_long)usec, ustick)) + 1;
1157         } else {
1158                 ticks = INT_MAX;
1159         }
1160         return (ticks);
1161 }
1162
1163 int
1164 tstohz_high(struct timespec *ts)
1165 {
1166         int ticks;
1167         long sec, nsec;
1168
1169         sec = ts->tv_sec;
1170         nsec = ts->tv_nsec;
1171         if (nsec < 0) {
1172                 sec--;
1173                 nsec += 1000000000;
1174         }
1175         if (sec < 0) {
1176 #ifdef DIAGNOSTIC
1177                 if (nsec > 0) {
1178                         sec++;
1179                         nsec -= 1000000000;
1180                 }
1181                 kprintf("tstohz_high: negative time difference "
1182                         "%ld sec %ld nsec\n",
1183                         sec, nsec);
1184 #endif
1185                 ticks = 1;
1186         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1187                 ticks = (int)(sec * hz + howmany((u_long)nsec, nstick)) + 1;
1188         } else {
1189                 ticks = INT_MAX;
1190         }
1191         return (ticks);
1192 }
1193
1194
1195 /*
1196  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
1197  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
1198  * of ticks will not result in a late return.
1199  *
1200  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
1201  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
1202  * 1 tick.
1203  *
1204  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1205  * 10ms ticks is 248 days.
1206  */
1207 int
1208 tvtohz_low(struct timeval *tv)
1209 {
1210         int ticks;
1211         long sec;
1212
1213         sec = tv->tv_sec;
1214         if (sec <= INT_MAX / hz)
1215                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / ustick);
1216         else
1217                 ticks = INT_MAX;
1218         return (ticks);
1219 }
1220
1221 int
1222 tstohz_low(struct timespec *ts)
1223 {
1224         int ticks;
1225         long sec;
1226
1227         sec = ts->tv_sec;
1228         if (sec <= INT_MAX / hz)
1229                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)ts->tv_nsec / nstick);
1230         else
1231                 ticks = INT_MAX;
1232         return (ticks);
1233 }
1234
1235 /*
1236  * Start profiling on a process.
1237  *
1238  * Caller must hold p->p_token();
1239  *
1240  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
1241  * keeps the profile clock running constantly.
1242  */
1243 void
1244 startprofclock(struct proc *p)
1245 {
1246         if ((p->p_flags & P_PROFIL) == 0) {
1247                 p->p_flags |= P_PROFIL;
1248 #if 0   /* XXX */
1249                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
1250                         crit_enter();
1251                         psdiv = psratio;
1252                         setstatclockrate(profhz);
1253                         crit_exit();
1254                 }
1255 #endif
1256         }
1257 }
1258
1259 /*
1260  * Stop profiling on a process.
1261  *
1262  * caller must hold p->p_token
1263  */
1264 void
1265 stopprofclock(struct proc *p)
1266 {
1267         if (p->p_flags & P_PROFIL) {
1268                 p->p_flags &= ~P_PROFIL;
1269 #if 0   /* XXX */
1270                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
1271                         crit_enter();
1272                         psdiv = 1;
1273                         setstatclockrate(stathz);
1274                         crit_exit();
1275                 }
1276 #endif
1277         }
1278 }
1279
1280 /*
1281  * Return information about system clocks.
1282  */
1283 static int
1284 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1285 {
1286         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
1287         /*
1288          * Construct clockinfo structure.
1289          */
1290         clkinfo.ci_hz = hz;
1291         clkinfo.ci_tick = ustick;
1292         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
1293         clkinfo.ci_profhz = profhz;
1294         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
1295         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
1296 }
1297
1298 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
1299         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
1300
1301 /*
1302  * We have eight functions for looking at the clock, four for
1303  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
1304  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
1305  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
1306  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
1307  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
1308  * time relative to system boot, these are well suited for time
1309  * interval measurements.
1310  *
1311  * Each cpu independently maintains the current time of day, so all
1312  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
1313  * check on the seconds field changing out from under us.
1314  *
1315  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
1316  * it is possible for the calculated delta to occasionally exceed
1317  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
1318  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
1319  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
1320  *
1321  * All the [get][micro,nano][time,uptime]() routines are MPSAFE.
1322  *
1323  * NEW CODE (!)
1324  *
1325  *      cpu 0 now maintains global ticktimes and an update counter.  The
1326  *      getnanotime() and getmicrotime() routines use these globals.
1327  */
1328 void
1329 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
1330 {
1331         struct globaldata *gd = mycpu;
1332         sysclock_t delta;
1333
1334         do {
1335                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1336                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1337         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1338
1339         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1340                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1341                 delta %= sys_cputimer->freq;
1342         }
1343         tvp->tv_usec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_usec, delta, 1L << 32);
1344         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1345                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1346                 ++tvp->tv_sec;
1347         }
1348 }
1349
1350 void
1351 getnanouptime(struct timespec *tsp)
1352 {
1353         struct globaldata *gd = mycpu;
1354         sysclock_t delta;
1355
1356         do {
1357                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1358                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1359         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1360
1361         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1362                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1363                 delta %= sys_cputimer->freq;
1364         }
1365         tsp->tv_nsec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_nsec, delta, 1L << 32);
1366 }
1367
1368 void
1369 microuptime(struct timeval *tvp)
1370 {
1371         struct globaldata *gd = mycpu;
1372         sysclock_t delta;
1373
1374         do {
1375                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1376                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1377         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1378
1379         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1380                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1381                 delta %= sys_cputimer->freq;
1382         }
1383         tvp->tv_usec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_usec, delta, 1L << 32);
1384 }
1385
1386 void
1387 nanouptime(struct timespec *tsp)
1388 {
1389         struct globaldata *gd = mycpu;
1390         sysclock_t delta;
1391
1392         do {
1393                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1394                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1395         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1396
1397         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1398                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1399                 delta %= sys_cputimer->freq;
1400         }
1401         tsp->tv_nsec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_nsec, delta, 1L << 32);
1402 }
1403
1404 /*
1405  * realtime routines
1406  */
1407 void
1408 getmicrotime(struct timeval *tvp)
1409 {
1410         struct timespec ts;
1411         int counter;
1412
1413         do {
1414                 counter = *(volatile int *)&ticktime_update;
1415                 cpu_lfence();
1416                 switch(counter & 3) {
1417                 case 0:                 /* ticktime2 completed update */
1418                         ts = ticktime2;
1419                         break;
1420                 case 1:                 /* ticktime0 update in progress */
1421                         ts = ticktime2;
1422                         break;
1423                 case 2:                 /* ticktime0 completed update */
1424                         ts = ticktime0;
1425                         break;
1426                 case 3:                 /* ticktime2 update in progress */
1427                         ts = ticktime0;
1428                         break;
1429                 }
1430                 cpu_lfence();
1431         } while (counter != *(volatile int *)&ticktime_update);
1432         tvp->tv_sec = ts.tv_sec;
1433         tvp->tv_usec = ts.tv_nsec / 1000;
1434 }
1435
1436 void
1437 getnanotime(struct timespec *tsp)
1438 {
1439         struct timespec ts;
1440         int counter;
1441
1442         do {
1443                 counter = *(volatile int *)&ticktime_update;
1444                 cpu_lfence();
1445                 switch(counter & 3) {
1446                 case 0:                 /* ticktime2 completed update */
1447                         ts = ticktime2;
1448                         break;
1449                 case 1:                 /* ticktime0 update in progress */
1450                         ts = ticktime2;
1451                         break;
1452                 case 2:                 /* ticktime0 completed update */
1453                         ts = ticktime0;
1454                         break;
1455                 case 3:                 /* ticktime2 update in progress */
1456                         ts = ticktime0;
1457                         break;
1458                 }
1459                 cpu_lfence();
1460         } while (counter != *(volatile int *)&ticktime_update);
1461         *tsp = ts;
1462 }
1463
1464 static void
1465 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
1466 {
1467         struct globaldata *gd = mycpu;
1468         sysclock_t delta;
1469
1470         do {
1471                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1472                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1473         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1474
1475         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1476                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1477                 delta %= sys_cputimer->freq;
1478         }
1479         tsp->tv_nsec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_nsec, delta, 1L << 32);
1480
1481         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
1482         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
1483         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1484                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1485                 ++tsp->tv_sec;
1486         }
1487 }
1488
1489
1490 void
1491 microtime(struct timeval *tvp)
1492 {
1493         struct globaldata *gd = mycpu;
1494         struct timespec *bt;
1495         sysclock_t delta;
1496
1497         do {
1498                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1499                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1500         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1501
1502         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1503                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1504                 delta %= sys_cputimer->freq;
1505         }
1506         tvp->tv_usec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_usec, delta, 1L << 32);
1507
1508         bt = &basetime[basetime_index];
1509         cpu_lfence();
1510         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1511         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1512         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1513                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1514                 ++tvp->tv_sec;
1515         }
1516 }
1517
1518 void
1519 nanotime(struct timespec *tsp)
1520 {
1521         struct globaldata *gd = mycpu;
1522         struct timespec *bt;
1523         sysclock_t delta;
1524
1525         do {
1526                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1527                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1528         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1529
1530         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1531                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1532                 delta %= sys_cputimer->freq;
1533         }
1534         tsp->tv_nsec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_nsec, delta, 1L << 32);
1535
1536         bt = &basetime[basetime_index];
1537         cpu_lfence();
1538         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1539         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1540         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1541                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1542                 ++tsp->tv_sec;
1543         }
1544 }
1545
1546 /*
1547  * Get an approximate time_t.  It does not have to be accurate.  This
1548  * function is called only from KTR and can be called with the system in
1549  * any state so do not use a critical section or other complex operation
1550  * here.
1551  *
1552  * NOTE: This is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1553  *       would have to do what microtime does and check for a nanoseconds
1554  *       overflow.
1555  */
1556 time_t
1557 get_approximate_time_t(void)
1558 {
1559         struct globaldata *gd = mycpu;
1560         struct timespec *bt;
1561
1562         bt = &basetime[basetime_index];
1563         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1564 }
1565
1566 int
1567 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1568 {
1569         pps_params_t *app;
1570         struct pps_fetch_args *fapi;
1571 #ifdef PPS_SYNC
1572         struct pps_kcbind_args *kapi;
1573 #endif
1574
1575         switch (cmd) {
1576         case PPS_IOC_CREATE:
1577                 return (0);
1578         case PPS_IOC_DESTROY:
1579                 return (0);
1580         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1581                 app = (pps_params_t *)data;
1582                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1583                         return (EINVAL);
1584                 pps->ppsparam = *app;         
1585                 return (0);
1586         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1587                 app = (pps_params_t *)data;
1588                 *app = pps->ppsparam;
1589                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1590                 return (0);
1591         case PPS_IOC_GETCAP:
1592                 *(int*)data = pps->ppscap;
1593                 return (0);
1594         case PPS_IOC_FETCH:
1595                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1596                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1597                         return (EINVAL);
1598                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1599                         return (EOPNOTSUPP);
1600                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;         
1601                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1602                 return (0);
1603         case PPS_IOC_KCBIND:
1604 #ifdef PPS_SYNC
1605                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1606                 /* XXX Only root should be able to do this */
1607                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1608                         return (EINVAL);
1609                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1610                         return (EINVAL);
1611                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1612                         return (EINVAL);
1613                 pps->kcmode = kapi->edge;
1614                 return (0);
1615 #else
1616                 return (EOPNOTSUPP);
1617 #endif
1618         default:
1619                 return (ENOTTY);
1620         }
1621 }
1622
1623 void
1624 pps_init(struct pps_state *pps)
1625 {
1626         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1627         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1628                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1629         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1630                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1631 }
1632
1633 void
1634 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1635 {
1636         struct globaldata *gd;
1637         struct timespec *tsp;
1638         struct timespec *osp;
1639         struct timespec *bt;
1640         struct timespec ts;
1641         sysclock_t *pcount;
1642 #ifdef PPS_SYNC
1643         sysclock_t tcount;
1644 #endif
1645         sysclock_t delta;
1646         pps_seq_t *pseq;
1647         int foff;
1648 #ifdef PPS_SYNC
1649         int fhard;
1650 #endif
1651         int ni;
1652
1653         gd = mycpu;
1654
1655         /* Things would be easier with arrays... */
1656         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1657                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1658                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1659                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1660 #ifdef PPS_SYNC
1661                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1662 #endif
1663                 pcount = &pps->ppscount[0];
1664                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1665         } else {
1666                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1667                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1668                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1669 #ifdef PPS_SYNC
1670                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1671 #endif
1672                 pcount = &pps->ppscount[1];
1673                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1674         }
1675
1676         /* Nothing really happened */
1677         if (*pcount == count)
1678                 return;
1679
1680         *pcount = count;
1681
1682         do {
1683                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1684                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1685         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1686
1687         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1688                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1689                 delta %= sys_cputimer->freq;
1690         }
1691         ts.tv_nsec = muldivu64(sys_cputimer->freq64_nsec, delta, 1L << 32);
1692         ni = basetime_index;
1693         cpu_lfence();
1694         bt = &basetime[ni];
1695         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1696         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1697         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1698                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1699                 ++ts.tv_sec;
1700         }
1701
1702         (*pseq)++;
1703         *tsp = ts;
1704
1705         if (foff) {
1706                 timespecadd(tsp, osp, tsp);
1707                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1708                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1709                         tsp->tv_sec -= 1;
1710                 }
1711         }
1712 #ifdef PPS_SYNC
1713         if (fhard) {
1714                 /* magic, at its best... */
1715                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1716                 pps->ppscount[2] = count;
1717                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1718                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1719                                  sys_cputimer->freq64_nsec * 
1720                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1721                 } else {
1722                         delta = muldivu64(sys_cputimer->freq64_nsec,
1723                                           tcount, 1L << 32);
1724                 }
1725                 hardpps(tsp, delta);
1726         }
1727 #endif
1728 }
1729
1730 /*
1731  * Return the tsc target value for a delay of (ns).
1732  *
1733  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1734  */
1735 tsc_uclock_t
1736 tsc_get_target(int ns)
1737 {
1738 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1739         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1740                 return (rdtsc() + tsc_frequency * ns / (int64_t)1000000000);
1741         }
1742 #endif
1743         return(-1);
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Compare the tsc against the passed target
1748  *
1749  * Returns +1 if the target has been reached
1750  * Returns  0 if the target has not yet been reached
1751  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1752  *
1753  * Typical use:         while (tsc_test_target(target) == 0) { ...poll... }
1754  */
1755 int
1756 tsc_test_target(int64_t target)
1757 {
1758 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1759         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1760                 if ((int64_t)(target - rdtsc()) <= 0)
1761                         return(1);
1762                 return(0);
1763         }
1764 #endif
1765         return(-1);
1766 }
1767
1768 /*
1769  * Delay the specified number of nanoseconds using the tsc.  This function
1770  * returns immediately if the TSC is not supported.  At least one cpu_pause()
1771  * will be issued.
1772  */
1773 void
1774 tsc_delay(int ns)
1775 {
1776         int64_t clk;
1777
1778         clk = tsc_get_target(ns);
1779         cpu_pause();
1780         cpu_pause();
1781         while (tsc_test_target(clk) == 0) {
1782                 cpu_pause();
1783                 cpu_pause();
1784                 cpu_pause();
1785                 cpu_pause();
1786         }
1787 }